◎文章來源：樞密院十號

天問一號採用的反推發動機減速模式

中國天問一號火星探測器於15日成功在火星烏托邦平原南部預選著陸區著陸，火星上首次留下中國人的印跡。中國由此成為全球第二個能在火星表面展開科研探測的國家。但也有部分西方媒體稱「中國不過是重復了美國多年前就完成的事而已」。

OK，那今天我們就來認真討論一下，在火星探測領域上，中美之間的技術差距到底有多大？

在15日的降落過程中，天問一號自主完成了難度非常大的「驚魂9分鐘」：它首先借助火星大氣進行氣動減速，克服超高速摩擦產生的高溫、氣動帶來的姿態偏差等挑戰，將每小時約2萬公里的下降速度減掉90%左右；緊接著，天問一號打開降落傘，進行傘系減速，當速度降至每秒100公尺時再通過反推發動機減速，進入動力減速階段。距離火星表面100公尺時，天問一號進入懸停階段，精準避障、緩速下降後，著陸巡視器在緩衝機構和氣囊的保護下穩穩降落在火星表面。

必須要承認的是，美國在火星探測領域成功次數非常多，降落模式更是花樣繁多：氣囊彈跳方式、反推發動機減速方式和看上去最令人匪夷所思的「天空起重機」方式。

美國火星車採用的「天空起重機」模式

不過據老司機了解，中國天問一號採用反推發動機減速方式並不代表落後。科學家們決定用什麼方式降落火星，並不是所謂「誰更先進就用誰」，而是主要取決於火星車的重量和任務需求。例如美國早期的火星探測器重量小，就選擇用氣囊彈跳方式的方式。等後來的火星探測器個頭大了，降落地點有精度要求了，就選擇用反推發動機減速。採用「天空起重機」的美國「毅力」號火星車重量超過1噸，如果用傳統的著陸方式，著陸器需要很強大的支撐結構，將導致探測器非常笨重。例如「天空起重機」也無法滿足未來載人著陸器需求，後者重量可能達到13噸以上，因此屆時美國也需要發展新的技術。

相比之下，天問一號搭載的祝融號火星車重量只有240公斤，更適合使用反推發動機減速方法。雖然它的著陸方式看起來傳統，卻是在探月任務時不止一次得到實踐考驗過的技術，所以在登陸火星時使用該技術無疑是最可靠性的。畢竟中國這是首次登陸火星，確保任務的圓滿成功最為關鍵。

但必須要承認，美國在之前多次的火星探測任務中，積累了豐富的數據和經驗，這種優勢是中國首次火星探測任務時無法相比的。航天科技集團五院總體設計部火星巡視器總體主任設計師陳百超坦承，「我國首次實施火星探測任務，沒有火星環境特別是大氣等參數的一手數據，相當於在一個完全未知的環境步步摸索，難度可想而知。」

缺乏一手核心數據也是天問一號為何在火星軌道上停留3個月才降落的重要原因之一。目前美國航空航天局（NASA）在火星軌道運行有「火星勘測軌道飛行器」、「火星大氣與揮發演化」探測器和「火星奧德賽」號等多個探測器，它們不僅提供了火星環境的大量數據，而且還可為「毅力」號火星車提供中繼通信服務，使後者可以安心地直接降落在火星表面。

中國天問一號就沒這麼好的條件，由於美國禁止NASA與中國展開航天合作，天問一號必須預先用探測器攜帶的高分辨率相機，選擇好合適的區域才能降落。此外，在火星軌道上分離的天問一號環繞器還將「一機多用」：它先作為飛行器，將著陸巡視器送至火星著陸軌道，然後作為通信器，建立與地球之間的中繼通信鏈路，未來還要作為探測器對火星進行科學探測。

另外，還要承認的是，美國「毅力」號火星車的探測任務比中國天問一號的難度更高。例如「毅力」號攜帶的火星直升機首次在地球以外的大氣中飛行，意義非常重大。其次，「毅力」號還首次以火星大氣中的二氧化碳為原料，直接通過高溫電解的方式生成一氧化碳和氧氣，這意味著人類在技術上有可能以火星大氣為原料直接制取呼吸所需要的氧氣。總的來說，「毅力」號上搭載的儀器主要是用於探索火星上是否存在生命，目標是為載人登火星做準備。

相比之下，在火星探測領域，中國還是初次到訪者。現在進行的包括對於火星表面的岩石成分、土壤、地質和大氣構成等基礎研究，是探測火星必須要做的必修課。而美國已經是屢次到火星「串門」的行家，因此在火星上工作內容肯定比中國要深入和豐富。但總體而言，中美在火星探測技術的差距正在縮小。

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◎文章轉載：不黑不吹，中國這次成功後，與美國差距還有多大？
◎文章來源：樞密院十號
◎文章作者：馬識途

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