美国“毅力号”与天问一号在降落环节为何区别这么大

美国的第五台火星车毅力号抵达火星,直接登陆,于4时55分成功降落在杰泽罗陨石坑。许多人此时想到的却是我国天问一号火星探测器。它于2月10日进入环火轨道,将围绕火星飞行3个月左右,计划于2021年5月至6月择机实施火星着陆。

2台探测器从地球飞到火星所用的时间几乎一样,为何在降落环节区别这么大?

全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩向科技日报记者表示,中美火星探测的任务目标和技术方案均不相同。毅力号的任务目标是寻找生命,而且美国通过此前的探测,对着陆点比较熟悉,因此他们选择“直奔主题”。我国首次火星探测任务则是将“绕、落、巡”三步并作一步,在环绕过程中对着陆区进行详细勘测。

中国航天科工集团二院研究员杨宇光认为,从技术角度来讲,毅力号所用着陆方案难度更大。

19日凌晨,毅力号探测器到达火星后与巡航平台分离,以每秒5.3公里的相对速度进入火星大气,在距离火星表面11公里高度打开超音速降落伞。降至2公里高度时,探测器抛掉降落伞,改用“空中吊车”方式,利用发动机反推减缓降落速度。距离地面20米时,探测器下落速度降至每小时2.5公里,火星车被一根7.6米长的绳索悬吊下来。4点55分,毅力号火星车安全着陆,整个降落过程约为17分钟。

杨宇光表示,这一技术方案与美国此前发射的好奇号火星车类似,有好处,也带来许多困难和挑战。

毅力号探测器总重超过4吨,相比重约5吨的天问一号要轻一些。不过,天问一号的总质量中,有大约一半是燃料。杨宇光介绍说,天问一号在实施近火制动过程中,消耗了将近1吨燃料,将速度降低了大约每秒1公里。而毅力号是直接进入火星大气,利用大气摩擦阻力进行减速,这样可以节省大量燃料。

因此,毅力号火星车可以设计得又大又复杂,其重达1043公斤,超过好奇号火星车成为世界最大的行星漫游车。而天问一号除去推进剂的重量以后,环绕器大约重1.2吨,着陆器、火星车加起来重约1.3吨,其中火星车的重量约为240公斤。

要满足直接降落方案的需求,对轨道要求极高。杨宇光说,当毅力号飞到火星时,所在位置必须刚好在目标落点的前进方向上,才能保证它进入火星大气后,能按照规划的弹道准确落在杰泽罗陨石坑。这要求它在整个飞往火星过程的轨道都非常精密。

而天问一号在环绕火星过程中,则可以更从容地调整轨道,为降落做准备。

庞之浩认为,美国采用直接降落方案的一个重要前提,是他们对着陆点十分熟悉。他介绍说,美国为选择此次任务的着陆点花费了几年时间,通过火星勘测轨道飞行器、奥德赛号以及马文号火星探测器进行了详细的勘察。而我国是首次实施火星探测任务,对着陆区需要进一步了解,因而需要在环绕过程中进行详细勘察。

此外,毅力号在降落过程中采用的“空中吊车”方式,也与天问一号计划采用的“降落伞+反推发动机”方式不同。庞之浩表示,这是美国继好奇号之后第二次采用“空中吊车”方式登陆火星,该技术的先进性和复杂程度极高,但能满足着陆质量较大的任务需求。

杨宇光说,“空中吊车”从本质上还是采用反推发动机技术。不过天问一号以及美国早期火星车如洞察号、凤凰号等,反推发动机在探测器下方,“空中吊车”方式则是火星车在下方,反推发动机从上面牵引。他表示,该技术具备2个优点,一是可以避免因发动机推力过大溅起火星表面的尘土,对探测器造成影响;二是将悬吊着的火星车“放”到地面,对落点的平整度和坡度要求不高。

但天问一号的着陆方式,对地面平整度要求很高。因此它将沿用我国探月工程中“嫦娥”落月所用的悬停避障技术,确保落在比较平坦的地方。

庞之浩介绍说,毅力号是在好奇号基础上改进而成,继承了好奇号的一些重要技术,如核动力电源、“空中吊车”等。同时它也采用了一些新技术。例如在着陆过程中使用的“距离触发装置”技术,能帮助它在合适的时机释放降落伞,提高着陆精度;“地形相对导航”技术则是将实现拍摄的着陆区地图存在电脑里,并标出危险位置,毅力号降落时将“所见”地形与地图对照,避开有风险的地方。

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