天问一号携「祝融号」火星车成功着陆，火星首次留下中国印迹，背后有哪些重大意义？ 第1页

今天清晨（2021年5月15日），我国首个自主的火星任务天问一号携带的着陆巡视组合体（包括着陆平台和火星车祝融号）成功穿越火星大气层，着陆于火星北半球的乌托邦平原南端预选着陆区。

自此，我国成为继美国之后第二个成功着陆火星的国家（PS：苏联成功0.5次）。

为了这一天，这个以中国神话传说中的火神命名的小车“祝融号”，从地球出发，跋涉数亿公里而来，又绕着火星等待了足足三个多月。

测地观天，摩拳擦掌

2021年2月10日，经过6个半月奔火飞行的天问一号“刹车”减速（近火制动），顺利进入环火星轨道，成为我国首颗人造火星卫星。但天问一号并没有急着让祝融号立刻着陆，而是沉着耐心地准备了三个多月。

（这节内容上期已经详细讲了，以防这期读者没有看过，再简单介绍一下）

除了调整轨道、测试仪器之外，天问一号还要完成这些准备工作：

一是“测地”，用自带的相机等仪器获取备选着陆区的高清地形和地质数据，为祝融号认真考察着陆区。

可为什么明明已经有那么多探测器给火星拍过照了，天问一号还要花时间自己拍照确认着陆区呢？因为虽然中分辨率影像几乎覆盖火星全球，但现有的米级高分辨率影像覆盖量还是太少了。

在拍摄距离相同的情况下，探测器分辨率低的相机拍出的照片图幅更大，很容易覆盖全球，而分辨率越高的相机拍出的照片图幅越小，即使是长年不懈地拍摄，一小张一小张拼起来也需要许多许多年才能覆盖全球。

这是乌托邦平原一带现有米级分辨率影像的覆盖状况，红色是火星勘测轨道飞行器（MRO）的HiRISE相机影像（~0.5米/像素，300公里高度）覆盖区域，绿色是火星全球探勘者号（MGS）的MOC相机影像（~1.4米/像素，378公里高度）覆盖区域。

显然，我们要是想去现有的火星高分辨率影像数据库没覆盖到的地方，或者虽然已经有影像覆盖，但照片还不够多，成像质量不够满意的地方，还是靠自己去拍最靠谱。

二是“观天”，为祝融号做气象预报，挑选合适的着陆时机。

着陆不仅要挑尽量平坦的地方，还要挑尽可能天朗气清，日丽风和，没有沙尘暴捣乱的时候，这对使用太阳能板供电的祝融号来说尤为重要。

今年这个火星年（2021-2022年，一个火星年约等于2个地球年），北半球的春分发生在2021年2月7日，夏至发生在2021年8月25日。历史数据显示，祝融号计划着陆的北半球，在火星春夏期间沙尘暴最为低发，是合适的着陆时期。从春分到夏至正中间（对今年来说就是从2021年5月中下旬）开始的6个地球月里，北半球历史上没有发生过沙尘暴。

在此基础上，行星科学家们也在利用现有的火星探测器遥感数据（主要是亮温和阳光透射率数据）和着陆区的实际位置、地形情况，对计划着陆区做气象预报。提前避开大的沙尘暴，寻找将来哪个时间段气候更宜降落。综合判断下来，祝融号在五月中旬之后着陆最为稳妥。

经过这些准备工作，祝融号终于在今天（5月15日）迎来了着陆。

“探测器坟场”

火星虽然只有稀薄的大气层，但已经足以烧坏高速进入的探测器。因此想要着陆火星的探测器都必须“铠甲”护身，被打包塞进隔热的保护罩里，这个罩子叫“气动外罩”。天问一号的着陆平台和祝融号火星车，一路上都被塞在这个罩子里，直到快要落地才会“破罩而出”。

但仅仅加个保护罩还远远不够。从进入火星大气层，到着陆火星表面，探测器需要从初速度数公里/秒逐步减速到0，然后稳稳当当地落地。而且由于信号延迟和屏蔽，着陆过程中的所有步骤都需要探测器自主完成，得不到来自地球的帮助，稍有差池，就可能殒命火星。

从1960年人类第一次尝试发射火星探测器到祝融号之前，一共有16次火星着陆任务成功进入了火星大气层，但只有9次任务成功着陆并顺利开展探测工作——近一半的失败率让这颗红色星球至今还保有“探测器坟场”的称号。

值得一提的是，这9次任务全部都是NASA的，而其他国家最接近成功的一次，是苏联的火星3号。

1971年，NASA的水手9号，苏联的火星2号、3号相继抵达火星。水手9号只有环绕器没有着陆计划，火星2号和3号都携带了着陆器和火星车。那一年，苏联距离首次完成“绕、着、巡”三大任务只有一步之遥。然而，它们好巧不巧碰上了火星全球性的沙尘暴，整个火星表面一片模糊。

两眼一抹黑被草草扔下的火星2号着陆器直接着陆失败，火星3号着陆器虽然成功着陆，但仅20秒后就迅速失联，连拍摄的第一张照片都没能传全乎，火星3号着陆器的火星车是否成功释放，自然也就无从知道了。

严格来说，苏联的火星3号勉强算是第一个成功软着陆火星表面的探测器，只是没能顺利开展探测工作。给它算0.5次，还算合理吧。

欧空局也在21世纪里挑战了两次火星着陆，但均告失败。一次是2003年的火星快车号环绕器携带的着陆器小猎犬2号，着陆后失联了；另一次是2016年的痕量气体轨道器（TGO）携带的着陆器斯基亚帕雷利号，因为打开降落伞之后的软件故障着陆失败。不过幸运的是，两艘环绕器都非常健康，一直工作至今，获取了许多珍贵的火星探测数据（详见：这一次，我们在火星找到了冰下湖？）。

很难说这两次着陆失败完全是运气不好，因为欧空局的下一个火星着陆任务ExoMars 2022（与俄宇航合作）也因为降落伞测试失败，错过了2020发射窗口（详见：两年之后又两年，欧空局ExoMars宣布退出2020火星赛季）。至少从目前看来，欧空局和俄宇航对着陆火星依然有关键技术需要攻关。

挑战“恐怖八分钟”

着陆火星这短短的几分钟，也常常被称为“恐怖七分钟”甚至“死亡七分钟”。

不过，这个“七分钟”其实是那些抵达火星后直接着陆的探测器所需的时间，因为这些探测器在进入火星大气层时初速度更大，着陆过程所需的时间自然会短一些。例如洞察号着陆器，进入火星大气层时速度约为5.5 km/s，整个着陆过程花了6分45秒。

而天问一号这样先刹车入轨再择机分离着陆的探测器，着陆时间会比7分钟更长。因为这些探测器在入轨的时候已经减过速，所以进入大气层时的初速度会低不少。典型的例子是NASA的海盗号任务，也是先进入环火星轨道，对着陆区进行了一个多月的考察之后，才择机释放的着陆器。在这种情况下，海盗号着陆器进入火星大气层的速度是4.6 km/s，比洞察号低了16%。这段着陆过程花了大约10分钟 [4]。

按目前公布的时序来看，天问一号整个着陆过程经历六个阶段，从第二阶段直至着陆大约需要8-9分钟：

1）着陆准备段：环绕器调整姿态和轨道，与装着着陆巡视组合体的气动外罩分离；

2）气动减速段：气动外罩以4.8 km/s的速度和合适的角度进入大气层，利用大气摩擦减速到460 m/s；

3）伞系减速段：在约11公里高度处打开降落伞，利用降落伞进一步减速到约95 m/s。这一阶段内还会完成抛掉底部的隔热盾，打开着陆平台的着陆腿，抛掉背罩和降落伞等操作；

4）动力减速段：利用着陆平台底部的7500N发动机点火产生的反冲力，将速度进一步降到约1.5 m/s；

5）悬停避障段：在距离火星表面100米高度处将速度减到0，达到相对于表面静止的悬停状态，在这个状态下调整水平位置，避开脚下的障碍物；

6）缓冲着陆段：依靠着陆腿缓冲，着陆平台稳稳地落在火星表面。

后三个阶段和嫦娥三号、四号着陆的过程是相似的。（详见：着陆成功！嫦娥四号将代表人类首次实地探测月球背面！）

这是天问一号的“恐怖八分钟”▼

天问一号的成功着陆，是我国航天史上新的里程碑，标志着我国已经掌握了安全着陆火星的一系列复杂技术，也意味着我国“后发先至”，在两度挑战火星着陆失败的欧空局之前完成了火星着陆，成为继美国之后第二个成功着陆火星的国家/组织。

不过别着急，现在还只是天问一号的着陆平台踏上了火星。等再过几天，祝融号从着陆平台上驶下，用自己的车轮触碰火星表面，开展巡视工作之后，这个纪录还能再次刷新：我国将有望超越苏联，成为继美国之后世界第二个成功着陆火星并顺利开展探测工作的国家/组织。

祝融号带了啥好东西？

火星车共携带了6种科学仪器：导航与地形相机（NaTeCam）、多光谱相机（MSCam）、火星表面成分探测仪（MarSCoDe）、火星车磁强计（RoMAG）、次表层雷达（RoPeR）和火星气象站（MCS）。注意，这里说的都是“科学”仪器，事实上探测器还会携带诸多工程仪器，例如避障相机、监视相机、惯导装置等等。

其中，一对导航与地形相机位于火星车桅杆顶端，是火星车的“双眼”，可以拍摄立体影像，负责帮助火星车导航和探测火星车沿途的地形地貌。

多光谱相机和表面成分探测仪负责探测和分析火星表面的岩石类型、矿物成分。

好奇号和毅力号火星车各有一个炫酷的“激光炮”——它们的化学相机（ChemCam）和超级相机（SuperCam）使用了一种叫做激光诱导击穿光谱（LIBS）的技术。祝融号这次的表面成分探测仪也用了这项技术：通过向目标物发射高能激光脉冲，探测烧蚀激发出的等离子体冷却过程中的的特征光谱，进而远程探测出目标物的化学成分。

祝融号火星车携带了2个磁强计，分别位于桅杆的顶端和底端，负责探测火星表面的磁场强度。火星没有地球、水星那样内部自发的偶极磁场，但火星的壳层还有一些剩磁。祝融号的探测结果既能帮助我们了解火星壳层剩磁的信息，也能与天问一号环绕器携带的磁强计探测结果相结合，帮助我们了解太阳风与火星高层大气/电离层的相互作用。这也将是首个火星表面可移动的磁场探测仪器。

次表层雷达（RoPeR）通过主动发射和接收电磁波信号来探测火星车沿途地下的浅表层结构，例如风化层厚度、地下浅层结构、水冰分布等。

次表层雷达主要原理是不同物质的介电常数（可以简单理解为让电磁波衰减的能力）不同，因此探测器收到的从不同物质分界面反射回来的电磁波的时间和强度就会不同。那么反过来，通过测量到的雷达接收时间和反射强度，就可以反推这些雷达信号穿过了哪些不同的物质，每层物质有多厚。

与嫦娥三号、四号的测月雷达相似，祝融号也搭载了2个不同频率的次表层雷达，高频雷达探测浅部，低频雷达探测深部，这样可以兼顾探测深度和探测分辨率。（详见：兔二醒来，两器互拍！真正的探险才刚刚开始！）

除了祝融号，天问一号的环绕器、NASA的毅力号火星车本次也携带了次表层雷达。综合分析多个雷达的探测数据，可以帮助我们了解火星上不同区域、不同深度的次表层结构。

火星气象站（MCS）可以通过长期观测火星车附近的气温、气压、风速、风向等气象参数，为我们了解火星的气象状况，追溯火星的气候变化历史积累数据。

火星气象站是火星着陆任务的常备组件，如今正在火星表面工作的好奇号火星车、洞察号着陆器、毅力号火星车都在长期记录和播报着所在地的气象数据。接下来祝融号的加入，会让火星气象网新增一个移动站点（说不定就叫“祝融站”呢~）

火星车计划开展约90个火星日的巡视探测，在此期间，环绕器会停留在通讯中继轨道（近火点265公里、远火点12500公里，周期约8个小时）[7]，为火星车和地球传递信息和数据。

之后，环绕器会降轨至科学探测轨道（近火点265公里、远火点12000公里），计划在这个轨道上对火星全球展开1个火星年（约2个地球年）的近距离遥感探测 [7]，同时可以兼顾火星车的数据通讯。
不过，眼下我们将迎来的下一个激动的时刻，是火星车从着陆平台上缓缓滑下，用自己的车轮真正踏上火星的红色土地。

让我们再耐心等待几天吧~

对了插播一下，我的新书《向太空进发·星球探测系列》打磨3年终于上线了，三本分别关于天问一号、嫦娥四号和我国接下来的小行星-彗星任务，适合3-100岁孩子的科学绘本～目前某当某东某宝均有售，期待大家的反馈哦～

我们离火星生命还有多远？

两年之后又两年，欧空局ExoMars宣布退出2020火星赛季

火星探测六十年：一切过往，皆为序章

为了去火星，天问一号做了哪些准备？

发射成功！关于天问一号的疑问和误区都在这里了

NASA毅力号启程奔赴火星，本届火星季圆满落幕

NASA毅力号成功着陆火星！它会在哪里寻找火星生命？

2月到火星，5月才准备着陆，天问一号到底在“墨迹”啥？

致谢

本文感谢Jing Xiao对本文提升所做的帮助~

本文感谢澳门科技发展基金（FDCT 0042/2018/A2）的支持

参考资料

[1] https://www.uahirise.org/hiwish/browse

[2] Wang, H., & Richardson, M. I. (2015). The origin, evolution, and trajectory of large dust storms on Mars during Mars years 24–30 (1999–2011). Icarus, 251, 112-127.

[3] Soviet Mars Images

http:// mentallandscape.com/C_C atalogMars.htm

[4] NASA |Viking Press Handbook

https:// solarsystem.nasa.gov/mi ssions/viking-1/in-depth/

[5] Wan, W. X., Wang, C., Li, C. L., & Wei, Y. (2020). China’s first mission to Mars. Nature Astronomy, 4(7), 721-721.

[6] 李春来，刘建军，耿言，等. 中国首次火星探测任务科学目标与有效载荷配置[J]. 深空探测学报，2018，5（5）：406-413.

[7] Zou, Y., Zhu, Y., Bai, Y., Wang, L., Jia, Y., Shen, W., ... & Peng, Y. (2021). Scientific objectives and payloads of Tianwen-1, China’s first Mars exploration mission. Advances in Space Research, 67(2), 812-823.

[8] Liang, X., Chen, W., Cao, Z., Wu, F., Lyu, W., Song, Y., ... & Wang, L. (2021). The Navigation and Terrain Cameras on the Tianwen-1 Mars Rover. Space Science Reviews, 217(3), 1-20.

[9] Connerney, J. E. P., Espley, J., Lawton, P., Murphy, S., Odom, J., Oliversen, R., & Sheppard, D. (2015). The MAVEN magnetic field investigation. Space Science Reviews, 195(1), 257-291.

[10] Du, A. M., Zhang, Y., Li, H. Y., Qiao, D. H., Yi, Z., Zhang, T. L., ... & Dai, J. L. (2020). The Chinese Mars ROVER Fluxgate Magnetometers. Space Science Reviews, 216(8), 1-15.

[11] https://mars.nasa.gov/msl/weather/

https:// mars.nasa.gov/mars2020/ weather/

1、自从被文青印度、阴险小人日本搅了混水之后，我们才成为第5个抵达火星进行探索的国家。

2、而截至目前为此，能够在火星地表进行探测的国家，只有美国。

“祝融号”一旦成功着陆，我们就是第2个进行火星表面探测的国家。

苏联搞过一次，失败了（着陆了14秒，算成功？）。

而且，我们是第一个首次探测火星就直接实施着陆操作的国家。

3、我们的火星探测完全走的是自主的道路，技术方案独树一帜。

比如，前一段时间嫦娥采矿的时候，我列举了月球、火星尘埃，会附着太阳能电池板，使之发不了电。美国的机遇号、勇气号都是这样的挂掉的。

而我们采用了一套独特的方法，用于清除火星尘埃在太阳能电池板表面的沉降。

光伏黑科技又立大功！“天问一号”的发射也要靠它运转

“祝融号”采用了全新的电除尘方案，用电场排斥尘埃颗粒，无需机械装置。

电除尘技术，就是在太阳能电池板表面，印刷一层透明的电路。

颗粒靠近电路时，被电场极化，会受到电场力。

电路中施加三相交变电场，因此颗粒受到电场力后，会跟随电场而运动。最后被移除太阳能板表面。

4，下面这张图应该标志着我们在过去的几个月里已经完成了对火星表面地形的扫描。

所以，这一次任务，我们比美国早发射7天，但却晚了一个多月着陆。

这期间，就是因为我们在扫描火星表面的地形。因为我们以前还没有火星表面地形的数据，而美国是早就有的。

5、此次我们的着陆器，是完全自主寻址、自主采集数据、自己调整姿态降落的。

遥记嫦娥第一次在月表着陆的时候，我们还要租用外国的卫星测量姿态和发送控制指令。

而轨道器仍然在围绕火星轨道运动，作为一个中继通讯卫星。

由于火星信号需要17分钟才能抵达地球，而火星的大气环境瞬息万变，所以从地球发指令去控制着陆器实施着陆是不现实的。所以，我们的这个着陆器是完全AI自主实施的登陆。

目前不清楚美国是否也采用了类似的技术。

中国火神踏上火星！6000字长文为你带来祝融号火星车着陆火星十大问题详解

2021年5月15日，在经历了296天的太空之旅后，天问一号火星探测器所携带的祝融号火星车及其着陆组合体，成功降落在火星北半球的乌托邦平原南部，实现了中国航天史无前例的突破：天问一号，成为中国首颗人造火星卫星。祝融号，成为中国首个火星巡视器（火星车）！

中国成为继美国后第二个真正“踏上”（成功着陆并顺利工作）火星的国家，也是首次火星探测即实现着陆的国家！

天问一号着陆器最后着陆阶段艺术效果图（图源：国家航天局）

在中国神话体系中，祝融是为华夏民族传下火种的创世祖神之一，教会了古人学会用火。中华文化源远流长，这个充满文化色彩的称号，在全网投票中脱颖而出，成为中国首个火星车的大名。

天问，问天！祝融，探火！中国航天在用极致的浪漫组合将神话变成现实。

关于祝融号，大家是不是存有许多疑问？本文就带你详细解读十大疑问，全方面了解它的着陆之旅和对中国乃至世界航天的意义。

问题一：为什么要着陆火星？

火星是地球的近邻，与地球同为岩质行星，元素组成和基本结构与地球相似，它的成长与演化历史也揭示着地球的过去和未来。火星上拥有空气、水源和有机物存在的痕迹，个头虽小表面积却与地球的总陆地面积接近，各方面条件都远优于另一个近邻金星。

地球和火星对比（图改自：NASA）

在具体探测技术方面，人类先后有过四大方案：“惊鸿一瞥”的飞掠，仅在探测早期技术不成熟无法入轨环绕火星、或兼职探测火星时使用；“登高望远”的环绕，通过稳定环绕全方面探测火星总体情况，但无法看清细节；“明察秋毫”的着陆，抵达火星表面近距离接触，但仅能定点探测；“自主移动”的巡视，能在火星表面探测更大的范围。

受限于所携带的电力和通信天线能力，着陆和巡视任务几乎无法直接与地球通信，必须依赖环绕器的信号中继服务。前往火星期间，它们也需要导航、通信、能量等服务。因此，环绕器是所有火星探测任务的基础。

2020年10月1日天问一号分离测量传感器完成的“深空自拍”（图源：国家航天局）

我国首次火星探测时，天问一号仅在一次任务中就同时实现“环绕”、“着陆”和“巡视”三大目标，实现对火星从天到地的立体观测。其中，自由移动的祝融号着陆火星后，能将火星表面各种细节直观地全方位展现出来，这一成果的意义是不可取代的。总体上，近些年来人类探测火星的任务中，天问一号可以说是“复杂度之最”，这体现了中国航天事业快速发展带来的巨大信心。

问题二：为什么抵达火星后耐心等待了三个月才着陆？

一方面，首先，环绕器的完全成功是探测火星的基本前提。在环绕器稳定后再进行着陆操作，可以为着陆巡视组合体提供更大的选择余地和容错空间。另一方面，中国还缺乏对火星的全面了解，着陆区的实际地形地貌和气象条件等都需要详细勘察。因此，抵达火星后，需要花一定时间研究勘察。否则，贸然着陆的风险可想而知。

因此，2021年2月10日19时52分，天问一号环绕器携带着陆巡视组合体，成功切入环绕火星轨道并成为火星的一颗人造卫星。随后它们完成了三大步骤：

1.火星上空“侧空翻”：2月15日，在远火点处将轨道调整为能覆盖火星全球的极地轨道，从靠近赤道的“横着飞”变成“纵向飞”，视野大大增加。近火点则锁定在乌托邦平原等低纬度区域，为后续科研和勘查做准备。

2.进入“停泊轨道”：2月24日，天问一号成功调整到这条过渡轨道，距离火星更近、周期更短，每两个火星日环绕一周。在这条轨道稳定运行三个月期间，详细勘察着陆区域。

天问一号在停泊轨道运行期间，发回了多批次天问一号拍摄的高清图像，有些成像区域内火星表面小型环形坑、山脊、沙丘等地貌清晰可见（图源：国家航天局）

3.各项仪器开机：天问一号携带了13台主要科学仪器，其中环绕器上有7台，重点是在近火点时利用中分辨率相机和高分辨率相机等对火星表面高清成像。三个月时间的调试校正后，所有仪器系统都达到最佳工作状态。

问题三：为什么着陆过程是“恐怖九分钟”？

火星着陆持续时间受一系列因素影响，如冲入火星大气的速度、角度、地点和时间，着陆地点的地形地貌特点（尤其是高度），着陆期间的气象条件，具体着陆技术方案和细节等，总体着陆时间在7-10分钟不等。祝融号选择的着陆区是高度较低的乌托邦平原，总着陆时间在9分钟左右，也被叫做“恐怖九分钟”。

这是因为：火星虽是近邻，但与地球的距离在5500万千米到4亿千米之间变化，远超月球。这不仅意味着一次火星探测任务动辄需要飞行7-11个月，还意味着从地球与发出信号与火星通信，至少需要6-45分钟的双向通信时延。火星大气稀薄，引力较小，整体着陆过程仅持续数分钟，期间根本不可能在地球上进行控制，这个过程必须依靠着陆组合体独立自主完成。

2000-2022年地球和火星距离变化，各火星探测任务在太空中飞行的时间区间

此外，火星半径3400千米左右，仅约为地球的一半，表面引力约为地球的38%，表面空气密度不足地球海平面的1%水平，但这并不意味着着陆火星难度低。实际上，着陆火星的困难程度远远超过了月球。虽然大气可以给着陆巡视组合体带来一定的气动减速能力，但密度太低不可能减速到理想的着陆状态，最后一定需要反冲火箭工作悬停降落。为应对不可避免的大气冲击、摩擦和积累的热量，着陆巡视组合体还必须增加气动、隔热、避震等防护结构，重量、复杂度和成本等大幅度上升，风险系数也大大增加了。

因此，当地球上的航天人通过精确计算得知祝融号正在火星独立完成各项着陆操作、却不得不耐心等待信号回传时，这种焦急的体验不可谓不“恐怖”。

问题四：着陆期间，祝融号到底经历了什么？

在最终确认开始着陆指令后，着陆巡视组合体会与环绕器分离，开启独立着陆之旅。期间姿态控制发动机工作，严格控制着陆轨迹角度与方向。如果冲进火星的角度过大就会超过隔热层能忍受的极限，如果过小任务就会像打水漂一般滑入深空。

冲入火星大气后，5千米/秒级别的速度依然导致稀薄的大气冲击和摩擦产生了巨大的震动和热量，足以融化大部分金属。通过隔热大底和多种散热手段，着陆巡视组合体的温度依然在常温。期间速度骤降到数百米/秒，巨大的降落伞在火星上空约10千米的高度打开。

随着速度的迅速降低，已经被烧蚀得不成样子的隔热大底没有存在的必要了，对这一功臣的“回报”是第一个触碰火星：它将被抛离并直接脱落在火星表面。此时，暴露出来的底部雷达和工程相机等立即开始急速工作，紧盯目标着陆区域，分析与预计的匹配程度，让控制导航计算机快速解算最佳着陆方案。初步选定期间，速度已经降至100米/秒以内，降落伞功成身退，此时才是大戏上演的时刻。

各火星着陆任务初始阶段流程接近，图为毅力号火星车部分着陆流程示意（图源：NASA）

着陆巡视组合体依靠底部强大的反冲火箭工作开始减速，各种传感器进一步仔细检查地面情况，避免乱石堆、斜坡、沟谷的特殊地貌，找寻最佳着陆角度和姿势。随着速度进一步降低至悬停避障状态，着陆巡视组合体近距离火星表面数米高。最后阶段火箭停止工作，尽力减少火箭工作扬起沙尘等因素对它们的影响，着陆巡视组合体成功降落火星表面

2019年11月14日，着陆巡视组合体悬停避障试验在河北怀来外天体着陆综合试验场进行，这也是祝融号首次公开亮相（图源；央视新闻）

众多复杂的动作，犹如在火星独自“刀尖上起舞”，稍有不慎便会任务失败，难度可想而知，了不起的成就！

问题五：祝融号怎么获取能量？

祝融号是天问一号全程呵护的“掌上明珠”。在飞行、环绕和着陆期间，环绕器和着陆器全程为它保驾护航，提供重要的通信、能量和动力服务。但是抵达火星表面后，着陆器将放出导轨，祝融号必须开机，在经历数天能量积累后，最终走出“温室”、依靠自身能力独立生存。

祝融号的外观结构（图源见水印）

祝融号依靠太阳能进行工作。由于火星距离太阳更远，这里的太阳能密度仅为地球附近的4成左右，对太阳能帆板收集能量的要求极高。它使用了4片巨大的由三结砷化镓构成的“蝴蝶型”太阳能电池阵列，确保足够能量供应。同时，火星上动辄有大规模的沙尘暴，会对太阳能收集效率产生巨大影响，甚至直接影响火星车工作寿命。通过防尘涂层技术，祝融号表面的抗沙尘能力大幅提高。但对于旷日持久的全球沙尘暴，则只能是“我打不起，但躲得起”，进入休眠状态，先躲过“风头”再说。

火星表面空气极其稀薄，保温效应有限，直接导致昼夜温差过大，白天可达20摄氏度、夜晚却能低于零下100摄氏度，这对于不少仪器将是巨大挑战。一方面，祝融号必须在夜晚“熄火”休眠；另一方面，它也采用了纳米级气凝胶和正十一烷集热窗等温控技术，确保安全无虞度过漫漫长夜。

问题六：祝融号怎么运动？

会动，是火星车的核心功能。

但火星上并不是一片“坦途”，随机出现的尖锐砂石会轻易破坏火星车的动力系统，且这些伤害会逐渐累积，对火星车造成巨大威胁。例如“勇气号”火星车2009年陷入沙坑，导致轮子出现故障，无法转动，一直被困到任务结束。目前正在运转的“好奇号”火星车，可能导致任务终止的最大风险之一就是逐渐残破的轮子。

好奇号破损的轮子显示出火星表面“路况复杂”（图源：NASA）

祝融号的机身被设计成了可升降的主动悬架结构，能够自由转向，六个轮子均独立驱动，多轮悬空的条件下依然能自由移动。在极端地形中，祝融号还能重新设计轮子驱动方案以实现“蠕动”、“蟹行”和“踮脚”等复杂机械操作，成为一辆不折不扣的“火星六驱越野车”，以提高驾驶安全性，可以说这将成为祝融号在火星驰骋的 “风火轮”。

着陆火星后的祝融号艺术效果图（图源：国家航天局）

不过，祝融号的核心使命是科研，任何机动性能都不如“行车交规”重要。首先，严格限速，节约宝贵的太阳能。这个240千克的大家伙实际速度仅为厘米/秒级别，连乌龟都跑不过；其次，谨小慎微，“走一步，歇两步”，经常停下来利用地形相机和避障相机等详细“眼观八方” ，确认安全再出发；再次，聚精会神。要么认真行驶，要么停车让科学仪器开启工作，聚精会神，绝不“边走边玩”；最后，真的发生紧急情况陷入困境后，航天人也会在地球实验室利用火星车的“双胞胎”备份还原真实火星驾驶场景，设计多种解决方案，帮助它脱困。

不存在绝对安全的车，只存在绝对安全的交规。“行车不规范，亲人两行泪”，这句话也被祝融号带到了火星。

问题七：祝融号怎么与地球通信？

地火距离对于通信是个巨大的挑战，信号衰减情况随着距离增加迅速提升。一方面，在地球上需要建立巨大的深空通信天线网，以尽可能捕捉来自天问一号的微弱信号；另一方面，天问一号的环绕器也要携带直径达2.5米的高增益定向天线，尽力提高通信能力，与地球保持稳定联系。

服务于天问一号的天线之一：位于天津武清的70米口径全可动天线，这是亚洲最大口径同类天线，总面积比10个篮球场加一起还大（图源：央视）

然而，祝融号是不可能像环绕器一样携带巨大的天线并提供足够能量供应的。同时，它还携带了6大核心科学仪器和工程相机等辅助系统，数据量巨大，对通信资源要求很高。祝融号还时刻跟随火星自转，与地球沟通极为困难。

因此，祝融号通过环绕器实现信号中继。在正常运转时将所有宝贵数据储存起来，环绕器飞临祝融号上空时，祝融号将信号上传并接收新指令，全程由环绕器直连地球。

问题八：祝融号能进行什么科研？

千言万语不如一张图，“拍照”是祝融号最核心的科学研究目标之一。例如，可拍摄火星高清广角大图的导航地形相机，能为我们带来各种火星“华丽的荒凉”场景。通过多光谱相机，可以详细分析地形、地貌和地质的具体情况，岩石土壤光谱数据也能助力科学家研究火星表面演化的历史和未来。

工作状态的火星车艺术效果图（图源：中国航天局）

表面成分探测仪也是个“黑科技”。微成像相机能将砂石放大到头发丝般粗细的微米级，激光诱导击穿光谱仪更能在数米外用激光把岩石成分烧蚀成等离子体，同时利用有“远程显微镜”之称的短波红外光谱显微成像仪进行分析，大幅增加了祝融号的科研范围和能力。这一幕，像不像科幻电影中外星人降临利用激光武器“毁天灭地”的场景？

此外，通过次表层探测雷达，我们能利用“火眼金睛”一探火星土壤和浅层地下的结构，找寻那里暗含的奥秘；火星没有全球覆盖的稳定磁场，但表面却存在支离破碎的偶极磁场，暗含着火星历史演化的痕迹，这些需要表面磁场探测仪大展身手；而气象测量仪，则能为祝融提供各种气象条件，让我们了解这颗神秘行星的“呼吸脉络”。

问题九：祝融号着陆后，天问一号在干什么？

祝融号工作期间，天问一号的环绕器会一直紧张忙碌为它服务，转发各种科研数据回归地球，同时向它转发来自地球的指令。

但环绕器本身也是个超级科研平台，它携带了7项仪器。由于环绕器飞行在距离火星最近200余千米、最远12000余千米的大椭圆轨道，它们能在多种轨道高度对火星进行整体性、全球性、综合性研究。

靠近火星阶段（距离火星约220万千米），天问一号的环绕器就已经拍下了火星的美图（图片来源：国家航天局）

环绕器带有中分辨率相机、高分辨率相机、次表层探测雷达、矿物光谱分析仪、磁强计、离子与中性粒子分析仪、能量粒子分析仪等的超强组合。火星大气电离层怎么样？火星周边太阳风等行星际环境如何？火星表面和地下的水冰在哪里？火星的土壤类型怎么样、都怎么分布？火星的地形地貌有多壮观以及它们如何在变化？火星表面矿物和物质成分情况如何，哪里会有“宝藏”？火星的过去和未来到底怎么样？有没有可能存在生命？有太多的感兴趣话题，都需要等待环绕器集中解答。

问题十：天问一号对中国和世界航天有什么意义？

探测火星从来都不是一件容易的事情，几千年来，中国文化一直用“荧惑”来描述对它的未知，西方文化也把它想象成了象征着灾祸的战神（Mars/马尔斯）。人类进入航天时代后，对火星的探测掀起一波又一波浪潮，但也面临着极为残酷的挑战。20世纪60年代，开局就是6次惨烈的失败，直到今天总成功率也仅为一半左右，无论成功与否，每一个任务都造价不菲。

天问一号探测火星，祝融号着陆火星，不仅是中国航天工程任务难度的新突破，更是我国在行星科学领域的史无前例突破。天问一号的五大科学目标将为我国深空探测领域打下重要的基础，同时，也给世界带来了对火星研究的丰富补充。宇宙是个联系的整体，通过洞察这颗行星的奥秘，我们也能一探地球的过去和未来，迈向更远的星辰大海。

中国天问系列行星探测任务logo（图源：国家航天局）

2000年前，屈原在长诗《天问》中发出的“九天之际，安放安属？”和“日月安属，列星安陈？”的旷世之问。2000年后，中国航天人要用实际行动给出解答：天问，问天！第一站就是火星，未来，还有更多的下一站来解答古人的疑问。

出品：科普中国

制作：太空精酿

监制：中国科学院计算机网络信息中心

更多火星相关内容，请参考本人的科普图书《下一站火星》

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昨天在票圈看到 @haibaraemily 发的今天着陆的文章，看完之后就猜测今天应该稳了。

咱们是第一次发射，先绕着火星转转，一是求稳二是收集点资料，都不是坏事 。

帮蒙蒙拉拉赞，写的这么专业，我这种外行就别评价科技方面的了：

果然听到了喜讯，流批流批。

这是我们的第一步，这么说吧，只是是国家军工和航天，我都支持加大投入，需要捐款咱绝对不含糊。