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恐怖的7分鐘里毅力號如何著陸火星？火星軟著陸方式有哪些？

北京時間2月19日凌晨4時55分，美國“毅力”號火星車經過6個多月的飛行，成功著陸在火星表面的耶澤羅隕石坑，正式開啟探測之旅。
作為NASA耗資27億美元的“火星2020”任務的絕對主角，“毅力”號是如何著陸火星的？火星探測器在火星軟著陸的方式主要有哪些？
恐怖的7分鐘里毅力號如何著陸火星？火星軟著陸方式有哪些？
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美國“毅力”號火星車在火星著陸的過程示意圖。 本文圖片均由新華社發(fā)（美國航天局供圖）“空中起重機”式著陸“毅力”號是NASA第5輛火星車，也是NASA第9次著陸火星。作為NASA耗資27億美元的“火星2020”任務的絕對主角，“毅力”號的著陸火星方式和2012年的“好奇”號火星車相同，都采用了“空中起重機”。
從地球到火星，“毅力”號需要飛行203天、4 .72億公里。當抵達火星大氣層頂部，“火星2020”任務開始執(zhí)行進入、下降與著陸階段（EDL）的任務，此時航天器的飛行速度達到每小時19500公里。“毅力”號進入火星大氣后，與大氣摩擦達到約1300攝氏度的溫度峰值。
在EDL期間，“距離觸發(fā)”技術計算航天器與著陸目標的距離，根據導航位置自動更新降落傘的合理打開時間，以此形成更小、更精確的目標著陸區(qū)域。NASA表示，采用新技術后，“毅力”號的著陸區(qū)域比2012年的“好奇”號火星車小了10倍，比1997年第一輛火星車“旅居者”號小了近300倍。
航天器進入火星大氣約240秒后，直徑21.5米的降落傘打開，此時距離火星表面高度約11公里，速度約每小時1512公里。
降落傘展開20秒后拋離隔熱罩，雷達和攝像機為另一種新的著陸技術地形相對導航提供信息。地形相對導航技術是一種自動駕駛儀，它能夠快速判斷航天器在火星表面的位置并選擇最佳的安全著陸目標。
距離火星表面2.1公里時啟動火星車與降落傘及后殼分離，隨后開啟8臺火星著陸發(fā)動機，幫助航天器飛到安全著陸點，并減緩降落速度。
距離相對地形導航指定的著陸區(qū)域上方20米時，空中起重機啟動，依靠尼龍繩索將火星車降落。當探測到火星車已經著陸在耶澤羅隕石坑便切斷繩索。
恐怖的7分鐘里毅力號如何著陸火星？火星軟著陸方式有哪些？
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美國“毅力”號火星車在火星著陸的過程示意圖。EDL在大約7分鐘后結束，著陸火星的這段時間也被稱為“恐怖的7分鐘”。NASA表示，這不僅僅是因為EDL階段任務本就復雜，而且由于地球和火星距離太遠，通信時延長，這要求航天器必須有很強的自主能力。全國空間探測技術首席科學傳播專家龐之浩向澎湃新聞（www.thepaper.cn）介紹，“恐怖的7分鐘”有四個過程，包括氣動減速、傘降減速、動力減速、著陸緩沖。“整個過程不能遙控，完全是自主控制，上百個程序一條都不能錯。”
【恐怖的7分鐘里毅力號如何著陸火星？火星軟著陸方式有哪些？】“如果關機提前1秒，硬著陸就摔壞了。”龐之浩介紹，例如原定1999年12月在火星著陸的美國“火星極區(qū)著陸器”就因發(fā)動機提前關機而下落不明。它在即將登陸火星表面時，由于軟件錯誤導致其起減速作用的火箭發(fā)動機過早關閉，最終撞毀。
恐怖的7分鐘里毅力號如何著陸火星？火星軟著陸方式有哪些？
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美國“毅力”號火星車在火星著陸的過程示意圖。火星軟著陸，還可以彈跳“好奇”號火星車和“毅力”號火星車采用的降落傘＋緩沖發(fā)動機反推＋空中起重機的著陸方式，可滿足重量更大的探測器軟著陸要求，能精確著陸。
“這種著陸方式最為復雜，成本最高，技術最先進。”除了空中吊機式，龐之浩對澎湃新聞（www.thepaper.cn）表示，目前，探測器在火星軟著陸的方式主要還有另外兩種，每種方案都各有優(yōu)缺點。
一是采用氣囊彈跳式。由于探測器是被氣囊包裹住的，所以剛著陸時會被彈起10層樓高，經過多次彈跳，逐漸降低彈跳高度，最后在火星表面著陸。此后氣囊放氣，探測器的護殼像花瓣一樣綻開，接著探測器慢慢爬出來。
美國“火星探路者”、“勇氣”號和“機遇”號火星車都采用了降落傘＋氣囊彈跳方式著陸。這種著陸方式簡單、成本低，但只能滿足重量小的火星探測器軟著陸要求，且著陸精度不高。
二是反推著陸腿式。美國的“海盜”號、“鳳凰”號和“洞察”號都采用了降落傘＋緩沖發(fā)動機反推＋著陸腿方式著陸，著陸腿在著陸時也起到一定的緩沖作用。這種著陸方式相對復雜、成本高，可滿足重量較大的探測器在火星軟著陸要求，著陸精度較高。

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