天问一号揭秘火星探测黑科技：一次发射完成三大目标
天问一号揭秘火星探测黑科技：一次发射完成三大目标
2020年7月23日，长征五号遥四火箭在海南文昌发射场点火起飞，将我国首个完全自主研发的火星探测器“天问一号”送入地火转移轨道。这标志着中国行星探测的大幕正式开启。
创新发射技术：突破第二宇宙速度
天问一号的发射采用了多项创新技术。长征五号火箭副总设计师娄路亮介绍，此次发射是“大火箭”首次应用性发射，与以往研制性发射不同，主要目的是将航天器送入预定轨道。
此次发射的最大亮点是实现了第二宇宙速度的突破。火星探测器总重超过5吨，分离时速度达到11.2千米/秒，这是我国运载火箭飞行的最快速度。为了确保精确入轨，长征五号火箭设计了42条不同轨道，每10分钟切换一次，堪称中国航天发射史上的创举。
环绕器设计：自主管理与通信突破
火星探测器从地球飞往火星的过程中，能够被火星引力所捕获形成环绕轨道的机会只有一次。火星探测任务捕获时，探测器距离火星最近仅400公里，稍有偏差就会撞击火星或飞离，因此，捕获的成败就成为了火星探测任务成败的关键。
上海卫星工程研究所火星环绕器副总设计师朱新波带领团队开发了火星环绕器，让它负责携带着陆巡视器，完成地火转移、火星捕获、环火轨道调整、落区预探测；实施两器分离，提供中继支持服务；在遥感轨道，利用科学载荷对火星开展全球性、综合性的环绕探测。
由于火星探测器与地球的距离最远可达4亿公里，信号传输延迟最高达20多分钟，地面指令无法实时干预。为此，研发团队通过研制高度集成的小型化综合电子系统，实现了器务管理、遥测遥控、热控管理、配电管理、推进控制、机构驱动、数据存储功能的一体化，为综合信息自主管理奠定了硬件基础。通过设计多系统多模式器上信息综合自主处理方法，保证一级故障任务正常执行，二级故障整器安全，在轨实现了环绕器在轨自主运行大于30天的能力。
探测成果：创造人类探测新纪录
2021年5月15日，天问一号着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区，中国首次火星探测任务着陆火星取得圆满成功。着陆器在火星表面形成了约40厘米深的着陆坑，这是人类探测器在火星表面形成的最深着陆坑，揭露了火星土壤表层直至数十厘米深度的物质、结构等重要信息。
中国科学院地质与地球物理研究所研究团队基于计算流体动力学方法和修正的侵蚀模型，建立了羽流表面相互作用（PSI）和着陆坑演化的数值模型。研究结果表明，火星土壤的内摩擦角为25°-41°，对应的内聚力范围为2612-2042 Pa。这一发现为理解火星土壤的物理力学特性提供了重要参考。
国际比较：一次任务完成三大目标
2020年7月，中国、美国和阿联酋几乎同时发射了火星探测器。其中，NASA的“毅力号”主要任务是收集火星样本并计划送回地球，阿联酋的“希望号”则专注于火星大气研究。而中国的“天问一号”则在一次任务中完成了“绕、着、巡”三个目标，这是其他国家首次实施火星探测从未有过的壮举。
从技术难度和任务复杂度来看，天问一号无疑是最具挑战性的。它不仅需要完成环绕火星的观测任务，还要实现安全着陆，并释放巡视器进行表面探测。这种“一步到位”的方案，充分展现了中国航天技术的实力。
未来展望：火星探索与移民计划
火星探测只是中国深空探索计划的开始。根据规划，后续还将实施“天问三号”、“天问四号”等行星探测任务。火星环绕器副总设计师朱新波表示：“‘天问一号’迈出了我国行星探测的第一步，后续我们国家还会继续探测火星和其他星球。”
火星环境的地球化改造是一个漫长的过程，但中国航天人已经迈出了坚实的一步。从发射“天问一号”到规划火星移民，中国正在为人类探索宇宙、寻找新的生存空间贡献自己的智慧和力量。