除了减速设计,火星进入方案的选择也至关重要,甚至可以说决定“生死”。因为,从开始踏上进入点的那一刻起,天问一号就迎来了此次探火旅程中最为凶险、最为惊心动魄的“恐怖 9 分钟”。目前,人类火星探测任务成功率仅有五成左右,大部分失败都是折戟在“进入/下降/着陆(简称 EDL)”这一阶段。
“火星探测最大的难点就是 EDL,这个过程需要融合气动外形、降落伞、发动机、多级减速和着陆反冲等多项技术才能实施软着陆。每个环节都必须确保精准无误,差一秒都可能造成整个任务的失败。”航天科技集团五院天问一号探测器总设计师孙泽洲说。为此,早在 EDL前,“天问一号”在火星停泊轨道上就对着陆区进行了详查预探测,获取了大量的着陆区地形地貌的数据,并对火星尘暴发生的概率进行了评估;同时,火星探测器继承了嫦娥三号、四号、五号成熟的悬停、避障技术,以确保安全着陆。“在上述这些措施的基础上,我们还在国际上首次采用了基于配平翼的弹道-升力式进入方案,以降低火星大气参数不确定性带来的风险,提高适应能力。”
据航天五院总体设计部⽕星探测器总体主任设计师王闯介绍,天问⼀号在进⼊⽕星⼤⽓层以后⾸先借助⽕星⼤⽓,进⾏⽓动减速,这个过程它克服了⾼温和姿态偏差。⽓动减速完成后,天问⼀号的下降速度也减掉了90% 左右。紧接着天问⼀号打开降落伞进⾏伞系减速,当速度降⾄100米/秒时,天问⼀号通过反推发动机进⾏减速,由⼤⽓减速阶段进⼊动⼒减速阶段。在距离⽕星表⾯100⽶时,天问⼀号进⼊悬停阶段,完成精避障和缓速下降后,着陆巡视器在缓冲机构的保护下,抵达⽕星表⾯。
总的来说,整个过程天问⼀号在9分钟内将约2万千⽶/⼩时的速度降⾄到0⽶/时。值得⼀提的是,虽然此前我国已有⽉表着陆经验,但是此次天问⼀号⽕星软着陆任务更加艰难。⼀⽅⾯⽕星表⾯存在⼤⽓(⽕星表⾯⼤⽓的密度是地球表⾯⼤⽓密度的 1%左右),此外,火星表面地形复杂,遍布岩石、斜坡、沟壑等障碍物;火星尘暴较地球更为严重。这些因素给着陆火星带来了极大难题,安全着陆风险非常高;另⼀⽅⾯⽕星离地球距离更加遥远,最远4亿公里,通信时延单程达到 20 分钟左右,因此整个着陆过程相距遥远的地球来不及做任何处置,只能靠天问⼀号⾃主完成,经历“未知9分钟”。