5月15日7時18分

天問一號著陸巡視器

在火星烏托邦平原南部預選著陸區登陸

我國首次火星探測任務

著陸火星圓滿成功

紅色火星上

首次有了中國印跡！

7天后的5月22日

“祝融號”火星車開始執行

我國首次火星任務中最后一個階段的任務

——巡視探測

《面對面》記者專訪了航天科技集團五院

“天問一號”火星探測器系統總設計師孫澤洲

揭秘中國成功“探火”的背后故事

與美國、阿聯酋航天器同場競技

“壓力程度無法用語言形容”

5月15日，“天問一號”成功著陸，我國成為世界上僅有的幾個登陸火星的國家。“天問一號”的這次飛行，其實是與阿聯酋的“希望號”和美國的“毅力號”同場競技。2020年7月的發射窗口期，三個國家的三顆火星探測器相繼發射升空，踏上奔向火星的征途。“希望號”的目標是環繞火星研究火星大氣，而“天問一號”和“毅力號”的目標都是登陸火星。2021年2月，“希望號”與“天問一號”進入環火軌道，“毅力號”成功降落火星表面。

在講到三國航天器同場競技時，孫澤洲一度哽咽。

記者：一旦跟別的國家同臺競技，尤其還是在領域內已經比我們提前幾十年的國家，這個時候附加的壓力有多大？

孫澤洲：我們月球探測的時候沒有人跟我們在同時期做月球軟著陸探測，類似于運動場只有我一個運動員，成功與否只是我的一次任務而已。而這次三個航天器同場競技，阿聯酋“希望號”已經環繞成功了，美國“毅力號”已經著陸成功了，這時候“天問一號”在我心里已經不是一個任務完不完成這么簡單，我不太好用語言來表達我壓力的程度，但確實我包括我們團隊在這個過程中承受的壓力跟以前的任務相比，真的不一樣。

“天問一號”裝有“黑匣子”

為著陸失敗做準備

2016年，中國火星探測任務和嫦娥四號探測器任務分別正式立項，孫澤洲被任命為兩大探測器的“雙料”總設計師，一面飛“月球”，一面奔“火星”。從“探月”到“探火”，距離從38萬公里一下子“跨越”到4億公里，而且火星表面環境更為復雜兇險。首次火星探測任務計劃通過一次任務實現火星環繞、著陸和巡視，對火星進行全球性、綜合性的環繞探測，在火星表面開展區域巡視探測。想要通過一次發射就完成三項目標，這在全球尚屬首次。

記者：有這樣一句話，“火星是很多探測器的墳場，也就是說它失敗率實在是太高了，人家單項任務失敗率就很高，我們要一次出發完成三項任務。你們在設計之初有沒有把這些因素都綜合考慮進去，萬一我們失敗了？”

孫澤洲：我們做了很多準備，甚至可以說至少有一半甚至一半以上的精力都是在做防止極小概率事情發生的工作。這次著陸系統還帶了一個信標裝置，類似于飛機的黑匣子，我們考慮到如果沒有真正平穩著陸到火星表面，比如撞擊的話，我們在一定程度上也可以靠這個信標把進入過程中關鍵的記錄數據傳回地面，便于我們對過程中的原因進行分析。

9分鐘內從2萬千米時速降至0

“天問一號”是如何做到的？

5月15日，經過半年多的飛行，“天問一號”探測器終于成功著陸火星。火星的北半球多平原，南半球多山地，因此“天問一號”的著陸地點就選擇在火星北半球的烏托邦平原南部。雖然是“平原”，但這并不意味探測器可以高枕無憂。

“天問一號”探測器的整個降落過程大致分為進入——減速——軟著陸三步。中國航天科技集團五院總體設計部火星探測器總體主任設計師王闖介紹，“天問一號”探測器在進入火星大氣層以后首先借助火星大氣進行氣動減速，這個過程它克服了高溫和姿態偏差， 氣動減速完成后“天問一號”的下降速度也減掉了90%左右。

“天問一號”動力減速模擬圖

緊接著它打開降落傘進行傘系減速，當速度降至100米/秒時，再通過反推發動機進行減速，由大氣減速階段進入動力減速階段。在距離火星地表100米時，“天問一號”進入懸停階段，完成精避障和緩速下降后，著陸巡視器在緩沖機構的保護下，抵達火星表面。

“天問一號“著陸過程模擬圖

總的來說，整個過程“天問一號”在9分鐘內將約2萬千米/小時的速度降至0米/時。值得一提的是，雖然此前我國已有月表著陸經驗，但是此次“天問一號”火星軟著陸任務更加艱難。一方面火星表面存在大氣，它比月球表面的環境更復雜；另一方面火星離地球距離更加遙遠，通信時延達到20分鐘左右，因此整個著陸過程，地球上的科技人員來不及做任何處置，只能靠“天問一號”自主完成，經歷“未知九分鐘”。

五院總體設計部火星巡視器總體主任設計師陳百超說，我國是首次實施火星探測任務，對火星的環境，特別是大氣等參數沒有一手數據，相當于到了一個完全未知的一個環境，這種難度可想而知。

從著陸到巡視探測

中間為何留出7天時間？

5月22日10時40分，“祝融號”火星車到達火星表面，開始執行我國首次火星任務中最后一個階段的任務——巡視探測。5月15日7時18分，“天問一號”探測器成功著陸于火星烏托邦平原南部預選著陸區。

記者：著陸之后，火星車停留的這幾天在做什么呢？

孫澤洲：首先著陸之后第一天它有大量的關于自己狀態的設置，包括桅桿的展開、太陽翼的展開、天線的展開、移動懸架的抬升等一系列工作，之后幾天它要完成對周圍的環境感知，以及與地面建立通訊。

“火星蝴蝶”

是如何設計出來的？

接下來的3個火星月，“祝融號”將在火星上開展地表成分、物質類型分布、地質結構以及火星氣象環境等探測工作。這輛以中國上古神話中的火神命名的火星車重量達到240公斤左右，為6輪獨立驅動，攜帶6臺載荷，其太陽翼呈蝴蝶翼形。因此有人形象地將“祝融號”火星車比喻為“火星蝴蝶”。

記者：為什么是蝴蝶呢？蝴蝶的想法是哪來的？

孫澤洲：我們太陽翼必須要面積大，不是因為想設計成蝴蝶，是大家設計完之后覺得它像蝴蝶，收攏的時候都是扣在一起的。這個設計巧妙，同時還非常美觀。針對太陽翼的方案初期我們做了不止十種，一開始設計成翻開再展開的，我說那樣不行，一個是很復雜、風險大，另外也太丑了。再一個需要二次展開，它也不可靠。我們最后設計成這樣，大家覺得非常美觀，我覺得很有特征，很有我們的標識感。

為模擬火星開傘

專門研制發射火箭彈

火星和地球的公轉周期決定了大約每隔26個月，有一個最佳發射窗口，這時航天器從地球出發到達火星所需要的轉移能量最少。

為了趕在2020年的最佳發射窗口前完成所有準備工作，孫澤洲帶領團隊遠赴新疆戈壁、內蒙草原進行大量外場試驗，建造火星環境模擬試驗設施，完成了多項關鍵技術攻關。

孫澤洲：我們不是簡單地把傘用飛機拉到空中，然后把傘一扔就行。對進入地球的航天器來講，用這種方式驗證這個傘可以，但火星大氣比較稀薄，我們要在距離地球地面30多公里高度的情況下進行模擬，才能跟進入火星時大氣密度比較相似。我們為了驗證這個傘，新研制了一枚火箭彈，把傘裝到模型上去，通過火箭彈把它打到我們要求的30—50公里的高度，火箭彈再把它分離出來。這個傘和模型之間再用我們的程控來控制，進行開傘，模擬在火星上開傘的過程。

“未來的行星探測

要選出30歲的總師”

34歲擔任副總設計師，38歲擔任系統總設計師，如今51歲的孫澤洲已經作為總師放飛了嫦娥三號、嫦娥四號和天問一號三個深空探測器。從“奔月”到“探火”，正是千千萬萬和孫澤洲一樣的航天人不斷問天，推動著中國探測器一步步遠行，探索深空的奧秘。

孫澤洲：上世紀九十年代初我來到五院，那時候任務真的很少，一年發射不了一顆，后來從九十年代末開始有一個快速的發展期，這個發展期給我們提供了一個很好的平臺，到現在我們也在重視這方面，大膽地給年輕人壓擔子，給他們更多的信任，那天我還說，以后的深空探測真的需要80后，甚至要讓更年輕的人擔當主力。為什么這么說？像我們現在到月球幾天的飛行，到火星幾個月的飛行，到木星幾年的飛行，以后要到天王星、海王星，那可能需要幾十年的飛行。

記者：我入職的時候它飛走，我退休的時候它才到。

孫澤洲：所以我們開玩笑，下回更遠的行星探測我們一定要選一個30歲的總師，要不然等飛到了，總師都退休了。

來源：綜合整理自微信公眾號“北京日報”、央視新聞客戶端 、中國航天科技集團五院

責任編輯：程雪涵