探测器着陆火星到底有多难

经过六个多月的飞行，美国火星探测器“洞察”计划于11月26日在火星着陆。《洞察》完成了人类首次探索火星“深处”的任务。当“三条腿一只手”的客人到达火星表面后，他将展开两个圆形的可折叠太阳能电池板，伸出机械臂，用地震勘测和温度测量等方法了解火星的内部结构，探索火星地震和火星内核的奥秘。“为什么每个星球都有自己独特的特征？这些答案都在地球早期历史的细节中”。美国宇航局专家说。

旅途漫长，环境危险。

火星被称为“探测器墓地”，因为迄今为止已经发射了40多个火星探测器，成功率只有50%左右。主要原因是火星离地球很远，探测器要飞几亿公里才能到达火星，所以对发射、轨道、控制、通信、供电等技术提出了很高的要求。

例如，运载火箭的运载能力、精度和可靠性是火星探测的重要先决条件。最好用大推力运载火箭将探测器加速到第二宇宙速度11.2公里/秒，然后直接进入地球火力转移轨道飞往火星。

沟通问题也不容易。从地球到火星的无线电信号有很长的延迟，单程大约需要20分钟，所以火星探测器需要很强的自主控制能力。此外，由于信号强度与距离的平方成反比，距离地球太远的火星需要配备高增益和可靠的通信设备，并且必须有一个地面深空TT&C网络，具有大天线直径以增加探测距离。尽管如此，仍有许多火星探测器因通信故障而丢失。

由于路途遥远，火星探测器在前往火星的途中必须比月球探测器进行越来越精确的轨道修正。在登陆火星表面之前，美国漫游者“勇气”号四次修正了航向。

还必须防范太阳风暴的影响。日本第一个火星探测器“希望号”受到了太阳风暴的影响。电路系统出现故障，轨道转移引擎无法启动。最终，探测器无法切入火星轨道并失败了。

火星复杂而恶劣的环境也是火星探测器经常被“杀死”的主要原因。火星的大气密度只有地球的1%，所以辐射严重，沙尘暴也很大，有时是地球上12级台风的6倍，可以持续半年。今年，由于沙尘暴，美国“机遇”号探测器停止工作。

登陆火星更加困难

探测器进入火星轨道的难度相当于从巴黎打高尔夫球，然后掉进东京的一个洞里。这是因为通信延迟非常长，所有数据都必须提前注入。

如果探测器要在火星表面着陆，将会更加困难。因为探测器进入火星大气层时离地球很远，遥测和遥控信号相对较弱。此外，当探测器移至火星背面时，地球无法准确确定其轨道参数，给再入高度的选择带来困难。由于通信延迟的影响，所有登陆火星的过程都将取决于探测器的自主运行。

进入火星大气层后，探测器的热防护措施以及降落伞、安全气囊和缓冲火箭是否能按程序工作必须非常准确。整个过程被称为“7分钟的恐怖”。

因此，探测器着陆火星的每一步都必须没有灾难。许多探测器因为小细节而失败。

着陆方法各不相同

目前，火星探测器软着陆主要有三种方法，每种方法各有优缺点。

一种是气囊弹跳式。该方法相对简单，成本低，但只能满足小重量探测器软着陆要求，着陆精度低。

第二种是反推支腿式。该方法较为复杂，成本较高，能够满足重型探测器软着陆的要求，着陆精度较高。

第三种是空中起重机类型。这种方法在技术上是最复杂、最昂贵和最先进的。它能满足较重探测器软着陆的要求，并能精确着陆。

今天，所有火星着陆器都使用刚性减速器和“圆盘槽带”降落伞减速方案来完成超音速减速。好奇号探测器在2012年实现了在火星表面的软着陆，是迄今为止最大的火星着陆器，质量为960公斤。

然而，未来的载人火星任务将涉及超过20吨的重量，所以现有的三种着陆方法都不能保证大质量航天器的安全软着陆。

为了将来完成载人登陆火星的任务，美国正在积极研制一种新的火星登陆装置——“低密度超音速减速器”。当着陆器以大约3.5马赫的速度进入火星大气层时，该装置可以像夏威夷鼓鱼一样迅速膨胀以增加表面积，从而增加空气阻力并将着陆器的速度降低到2马赫。这时，直径33米的巨型超音速环形帆降落伞打开，帮助火星着陆器安全着陆。