年5月15日，天问一号着陆巡视器与环绕器实现分离，成功软着陆于火星表面，实现了人类航天史上的又一次壮举，竖起了中国航天史上又一座激动人心的里程碑。由中国航天科技集团六院研制交付的78台各型发动机，推举长征五号遥四运载火箭，助力天问一号探测器，将液体动力的贡献贯穿全程。
要想成功飞向火星，搭载火星探测器的运载火箭必须达到第二宇宙速度，方能助力探测器脱离地球引力。在长征五号遥四运载火箭上，配置了由六院研制生产的8台吨级液氧煤油发动机、2台50吨级氢氧发动机、2台9吨级膨胀循环发动机及18台作为辅助动力的姿控发动机。这30台四型发动机，将我国运载火箭的近地轨道运载能力，从9吨提升至25吨，从而实现火箭的一飞冲天，为天问一号探测器向着火星的漫漫星途提供强劲可靠的动力保障。
在经历近7个月的奔火旅程后，天问一号探测器成功开始绕火星飞行，从它发回的飞行视频中，火星大气、火星表面的环形地貌清晰可见。
绕火星飞行，是我国第一次火星探测三步走任务“绕、着、巡”中的第一步，也是整个火星探测任务中技术风险最高、技术难度最大的环节之一。
超过4.75亿公里的飞行距离里，天问一号始终以太阳为中心飞行，力保在探测器到达火星轨道时，火星也刚好达到，从而实现被火星捕获，成为围绕火星飞行的一颗卫星。
只有实现这个前提才能完成后续探测器进入到着陆前的停泊轨道、实施着陆和开展火星表面工作等一系列关键动作。这一过程，也可以理解为一辆行驶在高速公路上的汽车即将寻找一个准确的时机进入匝道，这要求对它当前位置作出精准的测量，并保证能够稳、准、狠地踩下刹车。
这是一个一次性不可逆的过程，如果一旦发动机未能点火，或是点火姿态出现问题，将会导致整个任务的失败。
由六院研制生产的牛轨控发动机就是肩负着近火制动任务的关键。要确保在15分钟左右的时间里，把探测器与火星的相对速度从每秒5.1公里降低到每秒4.5公里，这要求发动机不仅要快速点火启动，还要保证在额定点长时间连续稳定工作。
相较之前的探月任务有所不同，火星表面存在以二氧化碳为主要成分的稀薄大气，会在发动机下降过程中带来摩擦生热等问题。因此探测器着陆方式也从之前月球真空环境下的变推力发动机反推着陆，改变为降落伞和变推力发动机共同作用。
六院研制团队还对变推力发动机表面的涂层材料做了改进，以更好地适应米/s的火星大气来流对发动机涂层的冲刷等影响。用绿色、先进、可靠的液体动力技术，护送祝融号火星车安全踏上火星地表。
在“天问一号”探测器上，六院研制交付了着陆巡视器和环绕器的推进分系统，共计48台大大小小的发动机。它们分别为着陆器着陆过程悬停、避障及缓速下降过程提供了可靠动力，为环绕器系统提供轨道转移、制动捕获、轨道调整以及姿态控制所需的精准动力。
当进入合适的着陆时机，天问一号在牛发动机作用下，下降到距离火星千米的高度，实现环绕器和着陆器分离。
为使着陆巡视器降低运行速度达到着陆要求，作为着陆巡视器主发动机的牛变推力发动机接续发挥关键作用，为着陆巡视器动力减速、悬停避障和缓速下降等软着陆任务提供轨控推力。
与此同时，环绕器在牛发动机作用下，高度开始抬升，回到环火轨道，对火星全球环绕探测，持续为火星表面探测和地球的通信担当中继卫星。
地球距离火星上亿公里，信号指令传输需要数十分钟，因此很多时候，探测器的发动机得自主行动。因此，在推进分系统的前期设计中，六院研制团队使用了自主管理系统，让探测器自己判断突发情况自己采取行动化解，实现当判断动作时机到来时，探测器能够自动执行任务。
按照计划，近火捕获开始15分钟后发动机点火就会结束，但因为飞行的轨道设计，发动机点火开始后没多久，“天问一号”就飞到了火星背面的“星掩区”，火星的遮挡完全中断了探测器和地球之间的通信。为实现自主管理，确保任务顺利完成，六院研制团队开展头脑风暴，分别为环绕器和着陆巡视器设想了10余种自主管理方案和故障预案，比如发动机贮箱欠压、超压等。为推进分系统开展了发动机故障自主切换冗余设计、配置了制导导航和控制系统等保障。
来源北京日报客户端
记者张航
编辑：胡德成
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