成果简介

　　“天问一号”是中国自主发射的首枚火星探测器，由中国航天科技集团公司下属中国空间技术研究院总研制，主要负责执行中国第一次自主火星探测任务，对火星的表面形貌、土壤特性、物质成分、大气、磁场等进行科学探测。“天问一号”于2020年7月23日在文昌航天发射场搭乘长征五号遥四运载火箭发射升空，成功进入预定轨道。2021年2月10日19时52分，“天问一号”探测器成功进入火星轨道，2月24日6时29分，成功实施近火制动，进入火星停泊轨道。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，着陆巡视器与环绕器分离，火星车（“祝融号”）驶离着陆平台，开展巡视探测工作，中国首次火星探测任务着陆火星取得圆满成功。

历史背景

　　人类的首个火星探测器是前苏联在1960年发射的“火星1A”号，但却以失败告终。前苏联在1960—1988年间进行了近20次探测任务，没有一次取得完全成功。欧洲航天局先后一共进行了20次火星探测任务，也只有4次取得了成功。

　　2011年11月9日，中国研制的首个火星探测器“萤火一号”同俄罗斯“福布斯-土壤”号探测器于哈萨克斯坦境内的拜科努尔发射场搭乘俄运载火箭发射升空。然而由于搭载的俄罗斯“福布斯-土壤”火星探测器出现故障，“萤火一号”未能进入预定轨道，任务宣告失败。之后，随着中国大型运载火箭和深空探测网的建设取得重要突破，中国规划自主发射火星探测器。《2016中国的航天》白皮书明确提出：实施中国首次火星探测任务，突破火星环绕、着陆、巡视探测等关键技术，并计划2020年发射首颗火星探测器，实施火星环绕和巡视联合探测。

创新历程

　　火星探测的难度极大，成功率奇低，因此科学家们称其为“火星诅咒”，但“火星诅咒”在“天问一号”身上并没有应验。“天问一号”一次性完成了美国花了30多年才完成的技术步骤：飞掠、环绕、巡视。这三个步骤依次是飞掠火星上空、伴随火星轨道环绕运转以及发射火星车在火星表面巡视行走。中国航天人“艺高人胆大”，将三步合为一步，在火星探测领域首次亮相即获成功，宣告中国从此走向了全新的“行星探测时代”。

【着陆前期——捕获与停泊】
　　开展火星探测的第一步便是“天问一号”探测器必须被火星引力场捕获。作为火星探测任务中技术风险最高、技术难度最大的环节之一，制动捕获的机会是唯一的，关系着整个工程任务的成败。

　　捕获过程中，火星环绕器需要准确地进行点火制动，只有点火时机和时长都分秒不差，才能形成理想的目标捕获轨道。在“天问一号”探测器被火星引力场捕获时，探测器的目标轨道距离火星最近处仅400km，一不小心就会撞击或飞离火星。地面测控系统的深空测控网和基线干涉测量网通过接收探测器持续发射的高稳定无线电信号，经过连续计算获得高精度的轨道数据，确保了探测器在预定时间、预定高度顺利进入捕获走廊，实施变轨动作。

　　经多次轨道调整后，探测器将在停泊轨道运行一段时间，其主要目的是为着陆做准备。在此期间，探测器每两个火星日就会利用中分辨率相机、高分辨率相机、光谱仪等载荷设备对预定着陆区开展一次详查，主要探测预定着陆区的地形、地质、地貌以及是否存在沙尘暴等环境条件，为着陆巡视器的安全着陆做好准备工作。

【经历“未知9分钟”后成功着陆】
　　“天问一号”着陆火星分三步：进入、减速和软着陆，简称“EDL”。2021年5月15日凌晨1时许，“天问一号”探测器在停泊轨道实施降轨；4时许，着陆巡视器与环绕器分离，历经约3小时飞行后，进入火星大气层，再经过约9分钟的减速、悬停避障和缓冲后，成功软着陆于预选着陆区。

　　由于无法由地面实时控制，只能靠“天问一号”自主完成，因此着陆过程是整个任务中风险最高的一步。进入火星大气层以后，“天问一号”首先借助火星大气进行气动减速，克服超高速摩擦产生的高温、气动带来的姿态偏差等问题，将约2万千米/小时的下降速度减掉了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/秒时再通过反推发动机减速，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”探测器进入悬停阶段，经精准避障和缓速下降后，着陆巡视器在缓冲机构和气囊的保护下稳稳降落在火星表面。

重大意义和深远影响

　　“天问一号”成功登陆火星，突破了第二宇宙速度发射、行星际飞行及测控通信、地外行星软着陆等关键技术，实现了我国首次地外行星着陆，推动了我国星际探测再上新台阶，使中国成为继美国之后第二个实现探测器着陆火星的国家。这是中国航天事业发展中又一具有重大意义的里程碑，也是人类航天史上的一次壮举。