“洞察”号将于下周登陆火星：人类探测火星到底有多难？

核心提示：“洞察”号于今年5月5日升空，执行人类首次探究火星“内心深处”奥秘的任务。按照计划，它将于美国东部时间26日15时许（北京时间27日4时许）在火星着陆。

新华社照片，西宁，2017年9月6日

这是位于青海省海西蒙古族藏族自治州红崖地区的模拟火星基地（8月18日摄）。

新华社记者 吴刚 摄

历经6个多月的航行，“洞察”号无人探测器终于抵近目的地——火星。美国航天局宣布，“洞察”号计划于本月26日在火星着陆。

“洞察”号于今年5月5日升空，执行人类首次探究火星“内心深处”奥秘的任务。按照计划，它将于美国东部时间26日15时许（北京时间27日4时许）在火星着陆。

这个有着“三条腿、一根手臂”的客人抵达火星表面以后，将展开两个圆形可折叠太阳能板，伸展机械臂，利用地震调查、温度测量等方法，去了解火星的内部结构，探究火星地震和火星内核的奥秘。“为什么每颗行星都有与众不同的特点，这些答案都在行星早期历史的细节中”。美国宇航局专家说。

飞了6个月，“洞察”号即将到达目的地

路途漫漫且环境险恶，火星被称为“探测器坟场”

火星被称为“探测器坟场”，因为至今人类已发射了40多个火星探测器，而成功率仅约50%。主要原因是火星距地球遥远，探测器要飞几亿千米才能到达火星，所以对发射、轨道、控制、通信和电源等不少技术都提出了很高的要求。

例如，运载火箭的运载能力、入轨精度和可靠性是火星探测的重要前提，最好用大推力运载火箭把探测器加速到11.2千米/秒的第二宇宙速度，直接进入地火转移轨道飞往火星，如果需要消耗探测器自身燃料和较多的飞行时间来加速，就会影响探测器寿命。印度就是由于运载火箭推力小，所以其首个火星探测器多花了很多时间和燃料才抵达火星。

通信问题也不是易事。从地球发送到火星的无线电信号延时很长，单程需要20分钟左右，因此火星探测器需有较强的自主控制能力；另外，由于信号的强度与距离的平方成反比，距地球太遥远的火星需要装有高增益、高可靠通信设备，以及必须拥有天线直径很大的地面深空测控网以增加探测距离。即使这样，还是有不少火星探测器因通信故障而失踪。例如，1992年9月25日发射的美国“火星观测者”轨道器，在1993年8月21日即将进入火星轨道之前失去通信联系。

由于路途漫漫，火星探测器在飞往火星的途中要进行比月球探测器次数更多、更精确的轨道修正。如果在地火转移轨道近地点有1米/秒的速度误差或1千米的高度误差，飞到火星附近时就将产生10万千米的位置误差。轨道修正是通过分布在地球表面的深空测控网实现的。该网常由3个在全球彼此相隔120的地面通信站组成，天线直径达64至70米。美国“勇气”号火星车在降落在火星表面前，先后修正了4次航线。

太阳风暴的影响也须警惕。日本首个火星探测器“希望”号原定于2003年12月14日进入火星轨道，就是受到太阳风暴影响，电路系统出现故障，变轨发动机无法启动，最终导致探测器不能切入火星轨道而告失败。

火星环境复杂、恶劣，也是造成火星探测器经常“阵亡”的主要原因。火星大气密度只有地球大气密度的1%，因而辐射严重，沙尘暴也很大，有时是地球上12级台风的6倍，且可持续达半年，今年美国“机遇”号火星车就是因沙尘暴而停止了工作。

“恐怖7分钟”!着陆期间风险最大

眼下，对于“洞察”号来说，正是最让人担心的时刻。像其他火星着陆器一样，“洞察”号整个任务分为发射、巡航、进入下降和着陆、表面操作四个阶段，而其中风险最大的是进入下降和着陆阶段。

探测器进入火星轨道的难度，被比喻为从巴黎打一个高尔夫球，正好落到东京的某个球洞里。这是由于通信延时很长，所有数据都要提前注入。在探测器切入火星轨道过程中，如切入点离火星过远，则不能被火星引力捕获而掠过火星；如切入点离火星太近，则可能坠毁于火星大气层。

如果探测器要在火星表面着陆，难度就更大了。因为在探测器进入火星大气时离地球很远，遥测和遥控信号比较微弱；另外，当探测器运行到火星背面时，地球上无法准确地确定其轨道参数，这就给再入高度的选择带来困难。由于受通信延时的影响，所以在火星着陆的全过程中，一切都要靠探测器自主进行。

进入火星大气层后，探测器防热措施如何，降落伞、气囊和缓冲火箭等能否按程序工作，都必须非常精确，整个过程被称为“恐怖7分钟”。

所以，探测器在火星着陆的每个环节都不能有闪失。许多探测器都因为小细节功亏一篑。例如，1999年9月23日，美国“火星气候”轨道器在即将进入预定轨道前烧毁，原因是在轨道切入操作中，将英制和公制单位混淆，造成导航误差，使其飞离火星太近而烧毁。

原定1999年12月3日在火星着陆的美国“火星极区”着陆器，是因为软件错误导致其起减速作用的火箭发动机过早关闭，最终撞毁。

2003年12月，欧洲“猎兔犬2”号着陆器由于着陆后太阳电池板没有完全展开，最终失去电力而与外界失联。

2016年10月20日，欧洲“火星生物学-2016”中的“夏帕雷利”进入、降落和着陆演示器，因为一个1秒的计算失误，导致降落伞与防热罩提前分离，最终硬着陆而撞毁。

着陆方式主要有三种，各有优缺点

目前，探测器在火星的软着陆方式主要有三种，每种方案都各有优缺点。

一是气囊弹跳式。这种方式比较简单，成本低，但只能满足重量小的探测器软着陆要求，且着陆精度不高。美国“火星探路者”、“火星漫游者”（“勇气”号和“机遇”号火星车）都采用降落伞＋气囊弹跳方式。

二是反推着陆腿式。这种方式复杂一些，成本高，可满足重量较大的探测器软着陆要求，着陆精度较高。美国“海盗”号、“凤凰”号、“洞察”号和欧洲的“猎兔犬2”号、“夏帕雷利”都采用降落伞＋缓冲发动机反推＋着陆腿方式。

三是空中起重机式。这种方式最为复杂，成本最高，技术最先进，可满足重量更大的探测器软着陆要求，能精确着陆。携带“好奇”号火星车的美国“火星科学实验室”采用降落伞＋缓冲发动机反推＋空中起重机方式。

如今，所有的火星着陆器全部采用刚性减速器和“盘-缝-带”降落伞的减速方案来完成超声速减速工作。2012年在火星表面实现软着陆的“好奇”号火星车是至今质量最大的火星着陆器，达960千克。

可以说，“好奇”号已把刚性减速器和“盘-缝-带”降落伞这项减速技术所能承受的重量推到极限，而未来的载人火星任务涉及的重量将达到20吨以上，因此现有的3种着陆方式都无法保证大质量航天器安全软着陆。

为了完成未来的载人登陆火星任务，美国正在积极研制新的火星着陆装置——“低密度超声速减速器”。当着陆器以大约3.5马赫的速度进入火星大气时，该装置能像夏威夷气鼓鱼一样迅速充气，以增加表面积，进而增加空气阻力，使着陆器的速度减至2马赫。此时，直径33米的巨型超声速环帆降落伞打开，帮助火星着陆器安全着陆。