有降落伞也不好使，欧空局的火星着陆器还是坠毁了

美国宇航局的火星侦察轨道器(MRO)正在绕火星飞行，昨天在欧空局的斯基帕雷利着陆器的预定着陆点附近捕获了一个新的黑点。在最近的媒体发布会上，欧洲航天局官员一再回避着陆器是否坠毁的问题，但每个人基本上都有答案:着陆器坠毁了，任务失败了。欧空局事实上已经默认了这一点。

在美国宇航局火星勘测轨道飞行器拍摄的最新照片上，在欧洲航天局“恰帕拉·李”着陆器的计划着陆点附近可以看到两个新的地点。其中一个位于图片的南边，相对明亮，应该是一个降落伞。然而，在北面大约1公里处，一个明显的黑点很可能是着陆器快速撞击地面并爆炸后留下的痕迹。

“恰帕拉·李”号着陆器于2016年10月19日国际标准时间14:42开始接触火星大气(北京时间10月19日22:42)。在接下来的6分钟里，它将完成一系列自动程序动作并在火星表面着陆，但在着陆之前，地面与着陆器失去了联系。根据欧空局的声明，目前在轨道上的火星轨道飞行器的母船TGO号(Trace Gas Orbiter)在着陆器下降期间收到了相关的工程数据，地面科学家和工程师正在分析着陆过程。

与此同时，根据先前的计划，由美国宇航局火星侦察轨道飞行器(MRO)携带的低分辨率CTX相机在10月20日拍摄了“恰帕拉·李”的预定着陆区域。在22日发布的高清晰图像(每像素6米)中，可以看出与今年5月飞船拍摄的同一区域的图像相比，该区域的地面上又多了两个物体。

其中一点是高度反思性的。该物体可能是一个直径为12米的降落伞，距离“恰帕拉·李”着陆器。另一个点看起来像一个有模糊边缘的黑点，大约15X40米大小，在降落伞北面大约1公里处。人们普遍认为这可能是“恰帕拉·李”号着陆器高速坠毁时在地面上留下的撞击痕迹。从那以后，尽管欧空局至今没有正式宣布“恰帕拉·李”号着陆器坠毁，但整个事情基本上已经解决了。

到底发生了什么？

“示踪气体轨道器”(TGO)和“恰帕拉·李”着陆器到达火星是欧洲外火星项目的第一阶段，该项目分为两个阶段。第二阶段将在2020年把欧洲的第一个火星车送上火星表面。该项目的主要目的是寻找火星表面过去或现在生命的迹象，评估火星表面水圈和地球化学环境的演变，并调查火星大气中微量气体的浓度和来源。例如，先前的研究表明，火星大气中含有甲烷气体，由于甲烷气体在大气中容易分解，因此不应该存在很长时间。因此，甲烷气体存在于火星大气中的事实表明，一定有某种来源不断向火星大气供应甲烷气体。甲烷产生的重要机制是生命活动的产物。外火星的实施将帮助科学家最终找到这些问题的答案。

在欧空局20日举行的一次新闻发布会上，欧空局和外火星公司的有关官员回答了媒体的一些问题，包括一些相当尖锐的问题。例如，英国广播公司和其他媒体的记者一再直接要求欧空局相关官员做出回应。“恰帕拉·李”号着陆器坠毁的可能性有多大？然而，很明显，由于未来项目资金申请和公众影响以及其他相关考虑，欧空局相关官员一直回避直接回答这个问题。相反，他们不断强调，这次任务的主要目的已经实现，即欧洲已经成功地将TGO轨道飞行器送入火星轨道，而“恰帕拉·李”号着陆器只是一个实验着陆器，目的是验证技术。此外，TGO飞船在“恰帕拉·李”着陆器下降过程中收集了大量的工程数据，因此整个任务是“完全成功的”，目前强调任何结论都为时过早。

然而，尽管欧洲航天局表示，科学家们仍在分析相关数据，但得出任何结论还为时过早，并承诺一旦数据分析完成就公布结果。然而，在20日的新闻发布会上仍然可以获得一些一般性的信息。2003年，由欧洲“火星快车”探测器携带和释放的“小猎犬-2”着陆器在着陆后消失了。直到12年后，美国探测器从轨道上拍摄的高清图像才被发现。

哪个环节出错了？

由于火星和地球之间的距离很远，通讯会有几分钟的延迟，所以在探测器着陆的大约6分钟内，它必须完全依靠预设的计算机程序来独立完成整个过程。如果在着陆过程中发生任何事故，地面基本上是无能为力的。这种近乎赌博的行为也是火星着陆的最大风险之一。

根据预定计划，“恰帕拉·李”号着陆器于10月16日从母舰“追踪气体轨道器”(TGO)离开。与着陆器分离约12小时后，母舰TGO号开始执行航向修正，以避免与火星大气碰撞，并继续向前飞行，为进入火星轨道做准备。

三天后，10月19日国际标准时间14:42，“恰帕拉·李”号着陆器开始进入火星大气层，并执行所谓的“进入、下降和着陆”(EDL)程序。此时，“恰帕拉·李”号距火星表面约121公里，飞行速度约为每小时21000公里。

在接下来的4分钟内，着陆器和火星大气之间的强烈摩擦将大大降低航天器的速度，在此期间，着陆器前面的隔热板将保护着陆器不被摩擦产生的高温灼伤。在其表面涂覆的隔热材料将在烧蚀过程中熔化并蒸发，从而带走热量并保护内部设备。

当速度降到1700公里/小时以下时，“恰帕拉·李”号着陆器离火星表面大约11公里。此时，主降落伞将打开不到1秒钟。在降落伞的作用下，着陆器将进一步减速，并在大约40秒钟内平息航天器的振动，之后，航天器前面的隔热板将被扔掉。

降落伞将把着陆器的速度降低到250公里/小时，然后飞船的后盖(包括附带的降落伞)将一起被揭开。此时，“恰帕拉·李”号着陆器完全暴露在火星大气中，并继续下降。

接下来，将启动安装在着陆器周围的三组肼反推发动机，以进一步稳定和控制下降速度。下降雷达打开，开始测量飞船和地面之间的高度。当离地面只有2米左右时，“恰帕拉·李”着陆器将在空中短暂盘旋，然后关闭推力反向器，让着陆器*降落到地面。

这样，当着陆时，探测器仍然会以每秒几米的速度下落。为了减轻最后阶段*落体时的振动，航天器的底部装有类似汽车减震器的可压缩部件，从而防止航天器落地时受到损坏。

整个“进入、下降和着陆”(EDL)过程持续了不到6分钟。但是在这6分钟里，很多事情都会发生。到底发生了什么？

就某些信息而言，欧空局已经获得了一些初步分析结果。专家认为，在着陆器打开降落伞之前，整个过程是完全正常的，但失败发生在着陆的最后阶段:着陆器显然提前放下了降落伞，数据显示反推装置已经启动，但它的工作时间显然很短:按照正常程序，反推装置应该工作大约30秒，但实际上它可能只工作4秒，比预设时间短得多。结果，着陆器没有按计划在离地面约2米的高度开始*降落，而是在4公里的高度，因此着陆器接触地面时的速度将达到每小时300公里，这将造成猛烈的撞击。美国国家航空航天局的MRO飞船拍摄的图像可以看到相当明显的撞击点，这也证明了撞击发生时大量的地面物质被溅射出来。当然，“恰帕拉·李”号着陆器也有很大的可能在着陆时爆炸并起火，因为它携带了几个油箱。考虑到它是在如此高的高度关闭的，应该还有相当多的燃料剩余。

为什么会有这样的失败？我们仍然需要等待欧空局的进一步信息。还不知道什么时候会有新的消息传出，但是外界至少可以期待的是，安装在美国宇航局MRO号上的高清摄像机将按计划在下周拍摄坠机现场的高分辨率图像，届时我们将能够更清楚地看到现场发生的一切。

登陆火星的困难

一架轨道飞行器将着陆器带到火星，然后将着陆器释放到火星表面。最终结果是轨道飞行器成功进入轨道，着陆器失败。对欧洲来说，这不是第一次。

2003年，由欧洲第一个火星探测器——火星快车轨道器发射的、由英国研制的“小猎犬2号”着陆器在着陆的最后过程中失去了联系，下落不明。直到近12年后的2015年，“小猎犬-2”才在美国宇航局火星勘测轨道飞行器(MRO)拍摄的高清图像上被识别出来。

现在，欧洲第二次登陆火星的尝试再次失败，人们感受到了登陆火星的困难。在上个世纪美苏冷战期间，两国不仅为载人航天和登月进行了激烈的斗争，还在火星上举行了一场竞赛。

从1960年到1991年解体，苏联总共向火星发射了17次探测器，但其中只有3次部分成功，而且都没有成功着陆。相比之下，美国的成功率要高得多。自1964年以来，美国已经执行了20多次火星探测任务，成功率约为60%。总的来说，自20世纪60年代以来，国际上已经执行了约42次火星探测任务，成功率约为52%。

火星着陆需要先进的飞行控制程序、精确的计算和测量以及超长距离的控制能力。当然，还需要在火星长期探索中积累大量关于火星大气特性和空气动力学的数据和经验。由于火星大气稀薄，通常有三种着陆方式:最早的一种，也是源于月球计划的产物，以美国在20世纪70年代实施的维京计划为代表，使用降落伞和推力反向器作为减速手段，实现探测器在火星表面的软着陆。这与欧洲恰帕拉着陆器采用的方法完全相同。第二种方法是1996年美国火星探路者探测器首次采用的充气气球弹跳法。该任务还搭载了世界上第一辆火星车，随后的第二代火星车勇气号和机遇号都采用了类似的气球弹跳着陆方法。然而，最新的探测车好奇号由于其巨大的体积和质量，美国航天局设计了一种全新的方法，即第三种火星着陆方法:所谓的空中起重机，它首先使用降落伞来减缓探测器的速度，然后，在抛出隔热罩后，好奇号探测器被稳定地悬挂起来，并通过一个装有反推发动机的悬挂装置放置在火星表面。目前，只有美国成功地实施了所有三种着陆模式，并且技术日趋成熟。

相比之下，俄罗斯、欧洲、日本甚至印度都发射了火星探测器，但它们都是轨道飞行器。欧洲尝试了两次登陆，都以失败告终。

2020年愿景和火星的未来

2020年将是火星探索的高峰期。如果“恰帕拉·李”号着陆器的失败和财政困难不会对欧空局造成太多干扰，并且“外火星”项目能够按计划进行，欧洲将在2020年在项目的第二阶段发射欧洲的第一个探测车。在2018年实施“洞察”火星着陆器计划后，美国还决定在2020年发射火星探测器。此外，我国已正式宣布在2020年建立火星探测项目，包括一次性完成“盘旋、着陆、巡逻”三个步骤，即一次性发射轨道飞行器、着陆器和释放火星车，这在世界火星探测史上是前所未有的。

如果所有这些项目都能按计划进行，到2020年，中国、欧洲和美国将在同一年发射火星车。这些火星车将在很短的时间内相继到达火星。这将是第一次不同国家的漫游者同时在这颗红色星球上工作，改变了美国长期垄断整个火星表面的局面。

最后，印度宣布，在2014年成功实现亚洲国家第一轮火星探测后，计划于2020年发射Mangal Garian -2。它的设计方案是火星轨道器，但印度也指出，该计划最终可能包括一个着陆器和一个火星车。如果计划顺利实施，火星上的交通将会更加“拥挤”。你知道，根据一般的“惯例”，尽管美国机遇号探测器不太可能在2020年后继续工作，但美国好奇号探测器目前正忙于爬火星盖尔陨石坑中的谢普山，在2020年后继续工作的可能性仍然很大。

如果情况确实如此，那么在最乐观的情况下，2021年前后将会有来自美国、欧洲、中国和印度的五架火星探测车合作，这将是一个令人兴奋和有趣的场景。

当然，正如历史告诉我们的那样，正如欧洲宇航员在2003年和不久前经历的那样，火星着陆绝对不是一项容易的任务，而是一项充满风险和未知的挑战。然而，正是我们的祖先在过去50年的不懈努力和努力，使我们今天对这颗红色星球有了前所未有的深入了解。

在接下来的20-30年里，人类宇航员很有可能首次踏上这个星球。这将是人类成员首次踏上另一个星球的表面。这将是一个具有划时代意义的伟大里程碑，因为它标志着人类作为一个物种，正朝着成为“太空物种”或“多行星物种”迈出坚实的步伐。从目前的情况来看，第一批登陆火星的宇航员应该已经出生了。他或她应该在中国或美国的某个地方，在小学、初中或高中学习，在学校努力学习。这个他，或者她，会是你面前的屏幕吗？