成果簡介

　　“天問一號”是中國自主發射的首枚火星探測器，由中國航天科技集團公司下屬中國空間技術研究院總研制，主要負責執行中國第一次自主火星探測任務，對火星的表面形貌、土壤特性、物質成分、大氣、磁場等進行科學探測?！疤靻栆惶枴庇?020年7月23日在文昌航天發射場搭乘長征五號遙四運載火箭發射升空，成功進入預定軌道。2021年2月10日19時52分，“天問一號”探測器成功進入火星軌道，2月24日6時29分，成功實施近火制動，進入火星停泊軌道。2021年5月15日，“天問一號”著陸巡視器成功著陸于火星烏托邦平原南部預選著陸區，著陸巡視器與環繞器分離，火星車（“祝融號”）駛離著陸平臺，開展巡視探測工作，中國首次火星探測任務著陸火星取得圓滿成功。

歷史背景

　　人類的首個火星探測器是前蘇聯在1960年發射的“火星1A”號，但卻以失敗告終。前蘇聯在1960—1988年間進行了近20次探測任務，沒有一次取得完全成功。歐洲航天局先后一共進行了20次火星探測任務，也只有4次取得了成功。

　　2011年11月9日，中國研制的首個火星探測器“螢火一號”同俄羅斯“福布斯-土壤”號探測器于哈薩克斯坦境內的拜科努爾發射場搭乘俄運載火箭發射升空。然而由于搭載的俄羅斯“福布斯-土壤”火星探測器出現故障，“螢火一號”未能進入預定軌道，任務宣告失敗。之后，隨著中國大型運載火箭和深空探測網的建設取得重要突破，中國規劃自主發射火星探測器?！?016中國的航天》白皮書明確提出：實施中國首次火星探測任務，突破火星環繞、著陸、巡視探測等關鍵技術，并計劃2020年發射首顆火星探測器，實施火星環繞和巡視聯合探測。

創新歷程

　　火星探測的難度極大，成功率奇低，因此科學家們稱其為“火星詛咒”，但“火星詛咒”在“天問一號”身上并沒有應驗?！疤靻栆惶枴币淮涡酝瓿闪嗣绹?0多年才完成的技術步驟：飛掠、環繞、巡視。這三個步驟依次是飛掠火星上空、伴隨火星軌道環繞運轉以及發射火星車在火星表面巡視行走。中國航天人“藝高人膽大”，將三步合為一步，在火星探測領域首次亮相即獲成功，宣告中國從此走向了全新的“行星探測時代”。

【著陸前期——捕獲與停泊】
　　開展火星探測的第一步便是“天問一號”探測器必須被火星引力場捕獲。作為火星探測任務中技術風險最高、技術難度最大的環節之一，制動捕獲的機會是唯一的，關系著整個工程任務的成敗。

　　捕獲過程中，火星環繞器需要準確地進行點火制動，只有點火時機和時長都分秒不差，才能形成理想的目標捕獲軌道。在“天問一號”探測器被火星引力場捕獲時，探測器的目標軌道距離火星最近處僅400km，一不小心就會撞擊或飛離火星。地面測控系統的深空測控網和基線干涉測量網通過接收探測器持續發射的高穩定無線電信號，經過連續計算獲得高精度的軌道數據，確保了探測器在預定時間、預定高度順利進入捕獲走廊，實施變軌動作。

　　經多次軌道調整后，探測器將在停泊軌道運行一段時間，其主要目的是為著陸做準備。在此期間，探測器每兩個火星日就會利用中分辨率相機、高分辨率相機、光譜儀等載荷設備對預定著陸區開展一次詳查，主要探測預定著陸區的地形、地質、地貌以及是否存在沙塵暴等環境條件，為著陸巡視器的安全著陸做好準備工作。

【經歷“未知9分鐘”后成功著陸】
　　“天問一號”著陸火星分三步：進入、減速和軟著陸，簡稱“EDL”。2021年5月15日凌晨1時許，“天問一號”探測器在停泊軌道實施降軌；4時許，著陸巡視器與環繞器分離，歷經約3小時飛行后，進入火星大氣層，再經過約9分鐘的減速、懸停避障和緩沖后，成功軟著陸于預選著陸區。

　　由于無法由地面實時控制，只能靠“天問一號”自主完成，因此著陸過程是整個任務中風險最高的一步。進入火星大氣層以后，“天問一號”首先借助火星大氣進行氣動減速，克服超高速摩擦產生的高溫、氣動帶來的姿態偏差等問題，將約2萬千米/小時的下降速度減掉了90%左右；緊接著，“天問一號”打開降落傘，進行傘系減速，當速度降至100米/秒時再通過反推發動機減速，由大氣減速階段進入動力減速階段。在距離火星表面100米時，“天問一號”探測器進入懸停階段，經精準避障和緩速下降后，著陸巡視器在緩沖機構和氣囊的保護下穩穩降落在火星表面。

重大意義和深遠影響

　　“天問一號”成功登陸火星，突破了第二宇宙速度發射、行星際飛行及測控通信、地外行星軟著陸等關鍵技術，實現了我國首次地外行星著陸，推動了我國星際探測再上新臺階，使中國成為繼美國之后第二個實現探測器著陸火星的國家。這是中國航天事業發展中又一具有重大意義的里程碑，也是人類航天史上的一次壯舉。