5月15日，中國首艘火星探測器"天巧一号"成功登陸火星北半球烏托邦平原，帶領"裕廊"火星車執行火星探測任務。中國首次登陸火星的火星探測任務取得了圓滿成功。我國成為繼美國之後，世界上第二個成功将火星車降落在火星表面的國家。
在成功開火的過程中，《天一題》除了經受住了"恐怖9分鐘"的考驗，還有怎樣的"奮鬥史"？記者邀請南京航空航天大學航天科學學院文鑫教授對"天啟"和"打"火星的技術内容進行解讀。
關于火星有這些"為什麼"
我們為什麼要探索火星
也許是人類的下一個栖息地
随着《天空問題一》的成功落地，《為什麼要探索火星》迅速成為微網誌使用者的熱門話題。網友們甚至開始讨論未來的旅行計劃：如果将來要去火星旅行，你會去嗎？
為什麼我們選擇探索火星，溫鑫教授給出了答案：火星可能是人類的下一個栖息地，因為地球的資源消耗和人口的快速增長之間不和諧。
溫鑫告訴記者，火星的潛在"宜居性"在太陽系的行星中是獨一無二的。"太空探索後，水星是離太陽最近的行星，但它的白天溫度為430攝氏度，更糟糕的是，白天和黑夜之間相差近600攝氏度;金星不僅嚴重缺氧，而且其大氣層覆寫着硫酸雲，其表面溫度為每年460攝氏度。溫鑫告訴記者，除了水星、金星、木星等太陽系行星都是氣行星，沒有外地殼作為着陸點，站起就會像踩在巨型棉花糖上直接墜落。相比之下，火星更像是一顆溫柔和藹可親的希望之星。
火星怎麼會有人類生活的環境？至少必須有足夠的氧氣和水。有證據表明，火星可能和地球一樣宜居。例如，2008年，美國宇航局的鳳凰着陸器在火星北極附近的地下淺層挖起了水冰;來自2018年ESA火星快車的雷達資料表明，南極冰層下可能有一個鹹水湖。是以，科學家認為，火星似乎不太可能再次轉化為有水的合适大氣層。
為什麼探索火星需要10個月
距離地球4億多公裡，還不能直線飛行
自1960年10月10日首次向火星發射探測器失敗以來的60年裡，人類從未停止過對火星的探索。Wenxinkope說，與月球距離地球38萬公裡的距離相比，火星距離地球最近點也隻有5500萬公裡，是距離地球的一百多倍。"如果我們花2-3天時間飛向月球，即使是最好的飛行，也需要半年的時間才能從地球飛到火星。地球和火星之間最長的距離超過4億公裡，但火星探測的真正困難不是距離。因為地球和火星同時繞太陽公轉，是以從地球到火星，不能直線飛行。文心告訴記者，從地球到火星，憑直覺看怎麼走。但為了省錢，目前大多數火星探測器都是在霍曼轉移軌道上飛行的，這是改變軌道最具成本效益的方式，但也涉及更多的時間，更精确的軌道校正。
在從地球到火星的漫長旅程中，探測器還要經曆三個引力場，首先從重力出發，從地球進入繞太陽軌道的軌道，此時探測器會以太陽為近焦的橢圓軌道運動，然後進入火星軌道，即進入火星所捕獲的火星引力場。
"田問第一"近10個月的"長征"都做了點什麼——
獲得中國第一張火星圖像
"天Q1"的發射可追溯到2020年7月23日12時41分，中國位于海南島東北海岸的文昌航天發射場，用長征五号遠端四運載火箭發射了首次火星探測任務"天齊1号"探測器，飛行2000多秒後，成功将探測器送入預定軌道， 開始了火星探測之旅，邁出了自主行星探測的第一步。
Sky Question 1探測器重約5噸，由軌道器，着陸器和火星探測器組成。它将實作火星的"環遊，一次旅行"。根據計劃，探測器将在飛行後約7個月在地火轉移軌道上，到達火星附近，通過"刹車"完成火星捕獲，進入軌道的環形火力，并選擇飛機進行着陸、巡邏等任務，對火星進行科學探測。
Sky One還拍攝了我們的第一張火星圖像，距離火星約220萬公裡。
"已經經曆了四次軌道中途修正"
根據美國宇航局釋出的資訊，經過9天17小時的飛行和距離地球超過300萬公裡的飛行，Sky Question One于2020年8月2日.m 7點成功完成了第一次中軌道校正，并繼續飛往火星。此後，"天空問題一号"進行了三次軌道中途修正，隻是現在"在軌道"火星順利進行。
為什麼要進行中途修正？美國宇航局月球探測與空間工程中心深空探測總經理耿岩表示，在地火轉移軌道飛行過程中，探測器會受到軌道偏差和控制精度偏差等因素的影響。由于探測器長時間處于無動力飛行狀态，是以微小的位置速度誤差會累積并放大。
是以，在執行任務時，研究人員需要根據探測器的實際飛行軌道與測控系統确定的設計軌道之間的偏差，完成相應的探測器姿态和軌道控制，進而確定探測器始終在預定軌道上飛行。中途修正的關鍵在于修正時機的選擇和每次修正實施的準确性。
一隻腳"刹車"繞火星運作三個月
今年農曆新年前夜，天一号"踩"了一個"刹車"，踩下了近乎火的刹車，開始了繞火星一周的旅程。溫鑫教授告訴記者，腳的"刹車"關系到探測器的"生死"。天一号離火星越近，它飛得越快，就會越"精巧"，也不再處于"艱苦的飛行"狀态。"與月球不同，火星仍然擁有稀薄的大氣層，這将使航天器處于極大的阻力中。Sky One"隻有成功捕獲火星引力并進入軌道，才能為随後登陸火星奠定基礎。"如果還是原來的'能飛'狀态，'天空問題一号'做得不好就會飛離火星。但需要注意的是，如果腳踏"刹車"不硬，探頭刹車點火時間過長，導緻速度下降過快，那麼就會出現頭部撞到火星的情況。
一些讀者注意到，Sky One從軌道到着陸花了三個月的時間。專家告訴記者，這三個月來，"天問一"不能閑着，就是在勤奮地進行科學探索，着陸區先掀一波"測繪"，不僅科學資料豐富，而且讓未來的着陸工作更加安全。《天空問題一号》配備了中高分辨率錄影機，還攜帶光譜儀，有了它們，可以感受到着陸區的景觀，甚至可以觀察着陸區的氣象條件。
體驗9分鐘"着火"的恐怖是多麼的體驗
與地球"迷失"，一切"自行"
微網誌"田問第一個火星車朱榮"對登陸火星的難度進行了拟人化的描述：
登陸火星最大的困難是全自動軟着陸，着陸時沒有地面信号，完全與地球"脫節"，要靠自己完成。根據曆史資料，我以大約4.9公裡/秒的速度進入大氣層，最高溫度為2100攝氏度。在接下來的9分鐘内，我将減速90%，然後啟動推力發動機并啟動電源。最後，我将懸停在火星表面以上100米的高度，此時我的垂直下落速度應該是0。然後進入平移階段并觀察以确定着陸位置。整個過程，我必須冷靜專注，随便，不能驚慌失措！
這次旅行被描述為航天器的"恐怖九分鐘"。科學家們形象地将探測器進入火星軌道的難度與東京的一個洞進行了比較，在那裡高爾夫球會從巴黎落下。許多火星探測器在這個階段都失敗了。
這一次，"墜落"火力是火星探測"四處、墜落、巡邏"三個目标任務中最困難的一步。在之前的21次火星登陸中，隻有九次成功。文鑫教授告訴記者，火星地形複雜，氣流不平靜，最大的威脅是沙塵暴。電影《火星救援》描繪了火星上的惡劣天氣，火星塵土飛揚，避暑。"一方面，你必須確定探測器的任何裝置或裝置在這種環境中都不會發生故障。另一方面，火星車的火星着陸技術非常複雜，每一步都不可能有閃回。"
"它被稱為'九分鐘的恐怖'，因為整個過程，天空一号，需要自主要制，并且由于地球和火星之間的距離，5月份的通信延遲超過10分鐘。也就是說，從地面發出指令，"天空問題一"要10分鐘才能收到，在地面上發出指令是根本不可能的。"此時，航天器以何種姿勢飛行，什麼時間點火，工作多長時間，何時關閉，如何處理的問題，手動不能直接幹預，都需要探測器"自行安排"。
文欣介紹，火星車着陸過程非常複雜，比如說，在第一個減速問題上，超音速着陸是最難的環節，需要克服降落傘開啟困難、不穩定等一系列困難，另外，因為中國是第一個執行火星探測任務的國家，相當于一個完全未知的環境， 難度可想而知。
一般來說，"天空問題一"在9分鐘内将大約20，000 km / h的速度降低到0 m / h，并且每個環節都必須準确，故障的幾分之一秒。
據公開釋出的資訊，15日上午1.m，"天Q1"探測器在停泊軌道上進行脫軌，機動到火星進入軌道。4點左右，着陸巡邏隊和包圍者"說再見"。"Sky Question One"的EDL之旅從這裡開始。（巡洋艦在火星上的着陸分為三個步驟：第一步是"進入"，第二步是"墜落"，第三步是"着陸"，當首字母連接配接時稱為"EDL"。
地球和火星之間的距離太遠，着陸過程太短，增加了任務的難度。
為什麼着陸點選擇了烏托邦平原
Sky Question One在火星上的着陸點是烏托邦平原，這是火星上最大的平原。除了好聽的名字，烏托邦平原是一個合适的着陸點還有幾個原因：
首先是因為工程風險低。火星北半球和南半球的地形和地質構造差異很大 - 火星的南部是一個古老的高地，有許多隕石坑，60%的區域被隕石坑覆寫，而烏托邦平原所在的火星北部是一個充滿火星熔岩的低平原， 地形平坦，隕石坑較少，地質年齡較輕，地殼較薄。
不僅如此，烏托邦平原還具有很高的科學價值。長期以來，最大的擔憂是火星上是否存在生命。研究人員說，烏托邦平原很可能是古代火星海洋的所在地，而天前一号着陸點位于古代海洋和古代陸地的交界處。最新的科學探索發現，在火星烏托邦平原的淺底下，距離地面1-10米，有大量的地下水冰，相當于地球上最大的淡水湖。要了解火星上是否有生命，烏托邦平原是探索的好地方。
Sky One未來将如何工作
"Setwa"着陸，将在火星上工作90天
當涉及到火星時，Sky One需要做什麼？文心教授告訴記者，"天橋-1"的升空過程類似于"一套"進入太空後由軌道飛行器完成，一旦收到"着陸"指令，"隐藏"在軌道器着陸器中就會與軌道器分離，釋放降落傘，根據研究人員預設位置固定着陸。之後，攜帶地球雷達的火星探測器将滑出着陸器，在火星上工作整整90天。
《天空問題一号》的長距離飛行是90天工作的漫長"鋪路"。在火星上，火星車将傳回資料，科學家将分析火星的大氣層和土壤，研究火星岩石和土壤的組成，并尋找水源和生命迹象。當然，拍照當然是必須的，通過捕捉火星的最新照片，我們可以更好地研究火星的樣子。
相關：為什麼火星探測器被稱為"Ju Rong"
在2021年中國航天大會開幕式上，中國首個火星探測器的名稱正式公布。通過國家名稱、專家評審、網絡投票等層層評選，最終的"卓榮"脫穎而出。朱榮被尊為中國傳統文化中最早的火神，象征着我們的祖先用火照耀大地，帶來光明。第一台火星車被命名為"竹戎"，意思是點燃我國星際探索之火，引導人類對浩瀚星空和宇宙未知的不斷探索和自我超越。"裕廊"火星車高1米85，重約240公斤。它被設計為持續三顆火星衛星，相當于大約92個地球日。裕廊火星車将在火星上進行探測工作，如火星的表面組成、物質類型分布、地質結構和氣象環境等。
5月15日晚，朱榮火星車釋出第一條推文，向地球打招呼，具體如下：
火星到車站！
你好，地球的朋友：我是裕廊火星車，今天，我和着陸器一起到達火星表面，位于火星北半球烏托邦平原的南部預選區。這一刻，讓大家等很久了！
在今天淩晨1點左右.m，天行者正在脫離軌道并移動到火星。在4 a.m，着陸器與軌道器分離，經過大約三個小時的飛行，進入火星大氣層，經過大約九分鐘的減速，懸停障礙物和緩沖，它于今天早上7點18分.m成功軟着陸在預先選擇的着陸區域。經過大約30分鐘的分離，環繞器擡起軌道并傳回停車軌道，為着陸巡邏提供中繼通信。
在世界各地進行的21次火星登陸任務中，隻有9次成功，難度因素非常高！安全登陸火星，除了選擇平坦的着陸區域外，還要選擇合适的天氣條件，避免被火星巨大的沙塵暴打擾。經過三個多月的繞火飛行，我終于找到了最好的着陸點。地質學家說，我的軟着陸區很可能是一個古老的海洋遺址，具有很高的科學價值，并且很可能産生意想不到的科學成果。但如何将火星沙塵暴的影響降到最低呢？當然，這太多了，而且價格實惠！根據以往火星天氣資料，火星塵埃活動集中在下半年，北半球春夏期間最為安靜，選擇在5月中旬着陸，對我來說也是最安全的！
目前，我還在着陸巡邏，用地形錄影機和多光譜錄影機、亞光譜探測雷達、磁場探測器等6種科學載荷，經過短暫的調整，走出倉庫進行檢查和探測。期待對火星的全方位了解，并發回珍貴的資料和照片給大家哦！
愛你，祝你一個快樂的數字！
來源：新華社