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天问一号

年5月15日，我国天问一号火星探测器中携带祝融号火星车的着陆巡视器成功在火星表面着陆，从而使我国成为世界第三个在火星着陆的国家，世界第二个在火星巡视的国家。

怎样选择着陆地点

至今，全球已先后约有10个火星探测器在火星表面着陆，进行了原位探测或巡视探测，它包括苏联火星3号，美国海盗1号和2号着陆器、“火星探路者”、勇气号、机遇号、凤凰号、好奇号、洞察号、毅力号，中国祝融号火星车。图1中国的火星着陆巡视器。

火星探测器在着陆火星之前，首先要确定着陆地点，因为虽然火星比地球小，但要在约一亿四千万平方千米的火星表面，为火星探测器选择一个合适的着陆地点，并不是一件容易的事情，它必须满足两个最基本的条件：

一是在工程上可实施，比如，着陆地点要相对开阔平坦，那里的地形不能过于崎岖不平，以便探测器在着陆时不受到损坏。着陆安全是第一位的，如果不安全，其他方面将不予考虑；另外还要能与地球进行测控通信，光照比较充足等。

二是在科研上有价值，应是研究人员十分感兴趣的地方。比如，着陆地点的地质构造、物质元素比较丰富，其他国家没有探测过，因为空间探测的成果，只有世界第一，没有国内第一。所以，选择火星着陆地点需要航天工程师与行星科学家相互配合共同完成。

在选择火星着陆地点前，一般首先要通过火星轨道器拍摄大量的火星表面照片，然后通过综合分析，初步选出符合工程要求的几个预选地点。然后再根据科学的要求反复研究和比较分析，最终选出符合探测任务要求的着陆地点。

为了确保在工程上可以实施，需要考虑多种因素。例如，在探测器登陆火星的过程中，99%以上的减速是利用火星大气对探测器产生的阻力，但是，因为火星大气太稀薄，只有地球大气的1%，所以为了使探测器能更好地利用火星大气的阻力来减速，着陆地点的海拔越低越好，这样可以延长减速时间，使探测器着陆更加安全。

另外，由于火星北半球地形相对平坦，而南半球陨石坑以及山脉和峡谷比较多，因此火星探测器大都在火星北半球或靠近火星赤道附近着陆。选择岩石较为稀少的地方作为着陆地点，不仅着陆时安全，而且火星车在进行巡视探测时所受到的阻碍也比较少。

图2火星探测器的着陆地点。

目前大多数火星探测器都采用太阳能电池供电。为此，火星探测器一般着陆在纬度小于30°的火星低纬度地区，因为这一区域阳光比较充足，昼夜温差也比较小，有利于火星探测器的工作。我国火星着陆区在火星北纬5°～30°的乌托邦平原。

在满足工程要求，确保探测器能够安全着陆火星的前提下，要在多个预选地点中进行满足科学要求，以获得更好科研价值的选择。美国国家航天局通常要用数年的时间，召集上百名行星科学领域一线的研究者进行多次研讨会，才能最终确定具有重大科学意义的着陆地点。

几个典型的着陆地点

载有世界第一辆火星车“旅居者”的美国“火星探路者”着陆在火星阿瑞斯谷内，因为这里是火星上一块相当平坦的区域，而且它的“海拔”高度相对较低。另外，这里离赤道较近，阳光辐射较强。从科学上说，由于阿瑞斯谷是一场特大洪水形成的外流盆地，有很多大大小小、各种形状的卵石和岩石，表面类型丰富。科学家们正是利用地平线上的小山和其他地物特征来判断探测器的着陆位置的。

美国在为第二代火星车勇气号和机遇号选择着陆地点时，为了实现寻找火星上是否有水的科学目标，美国多名专家，用了几个月的时间研究了“火星全球勘探者”和“火星奥德赛”探测器拍摄的照片，筛选着陆地点，总共研究分析了个着陆地点，最终选定的两处着陆地点均位于巨大环形山内部，据推测这两个区域过去可能都有水。

勇气号着陆在古谢夫环形山，因为科学家认为这里平坦的地形适合“软着陆”。但更深层次解释是，这里有可能是一个干涸的湖床，在这里更易获得火星是否存在或存在过生命的依据。不过，这里终日沙尘暴弥漫，美国科学家说，火星探测器的设计已经考虑到这种情况，足以抵御沙尘暴的袭击。图年12月15日，机遇号抵达了圣玛丽亚陨坑。

机遇号的着陆区域位于与古谢夫环形山几乎相背的梅里迪安尼平原，那里存在氧化铁矿物，而这些矿物通常在有液态水的环境下生成。在这里着陆，探测器可对赤铁矿或氧化铁（一种通常会在暖水环境中形成的矿石）进行试验。

这两辆火星车在各自负责地区寻找到了火星上曾经存在液态水和允许生命存在条件的地质学证据。它们彼此相距半个火星周长。

美国凤凰号是世界首个在火星北极着陆的探测器，因为那里可能有一部分水冰。刚开始，专家们曾为凤凰号选择了一个着陆地点。但是，此后“火星勘测轨道器”拍摄的照片显示，那里布满了石头，假如凤凰号着陆时撞到石头上，会影响其安全或太阳能电池翼的工作，所以被取消了。为此，专家们又对另外5个备选着陆区进行了详细分析，从中选择相对比较平坦，而且还遍布着大量的网状裂纹的着陆地点。网状裂纹可能是冰雪消融作用的产物，凤凰号上的机械手能够深入这些裂缝中采集土壤样本，最终选定在火星极区的伯里利斯平原，从地球纬度来说，它相当于加拿大北部。

美国在为好奇号火星车选择着陆地点时更注重科学价值，希望能有水冰。好奇号最终在火星夏普山脉附近的盖尔陨坑着陆。盖尔陨坑形成于大约3.5亿至3.8亿年前，中心山丘的层状物含黏土和硫酸，着陆地点周围存在沉积物形成的冲积扇，这些物质和地貌的形成都与水有关。探测这个地方的目的：一个是研究火星上水的地质历史，以揭开火星气候变化之谜；另一个目的则是寻找在冰土地区可能存在适合人居住地区的证据。

美国洞察号于年11月26日在火星北半球赤道附近的埃律西昂平原着陆。它位于火星北纬3.0°、东经.7°的地方，是一片平坦的熔岩平原，在着陆的安全、热控、光照和测控通信等方面具有较为有利的条件和较强的工程可实现性。其海拔较低、地势平坦，这对着陆来讲相对安全。

其着陆地点的选址花了4年时间，原因一是由于洞察号是研究火星内部的结构，因此需要选择“表皮”比较薄的地方。二是洞察号是原位式探测器，因此着陆地点必须平坦。三是为了钻开火星地表浅层往下埋放探针，因此还要找个平坦松软的地方。四是着陆地点要足够明亮和温暖，为探测器提供充分的太阳能。

年美中的着陆地点

年2月，美国毅力号火星车着陆在火星的杰泽罗撞击坑。因为根据“火星勘测轨道器”的探测表明，杰泽罗撞击坑位于古代火星河流流过的区域，在那里有大量沉积物层，这些沉积物含有证明水进行化学变化的矿物以及粘土和碳酸盐。科学家根据数据推测，湖水干涸后，水将周围地区的粘土矿物带进了陨石坑。微生物生命可能在这些潮湿时期中的一个或多个时间段生活在这里，在湖床沉积物中可能会发现它们的遗骸。这是科学家们寻找生命迹象的理想选择，提供了研究长期存在于火星地表的物质的机会。

图4中国首次火星探测任务着陆器悬停避障试验。

年5月15日，我国祝融号火星车着陆在火星的乌托邦平原南端。此前，我国航天专家通过对工程与科学的充分论证，本着工程实现风险低、科学探测价值高的原则，将着陆区选在了火星最大的平原——乌托邦平原。据悉，祝融号火星车的首选着陆地点位于乌托邦平原南端，备选地点位于乌托邦平原东南部埃律西昂火山岩浆流地带。

这是因为乌托邦平原位于火星北纬5°～30°的北半球，那里比较平坦，阳光照射条件也比较好。另外，乌托邦平原很可能是火星远古海洋的所在地，在那里着陆有利于探索和研究火星上是否存在生命这一当前火星探测的热门问题。

最新的科学探测发现，在火星乌托邦平原距离地面1到10米的浅表底层下方有大量地下水冰存在，储水量相当于地球面积最大的淡水湖——苏必利尔湖。火星地下有水，是否意味着火星存在或存在过生命，是否意味着火星是地球人的未来？这些问题都有待我国火星车在乌托邦平原这片神奇之地做进一步解答。

另外，由于我国祝融号火星车采用太阳能电池供电，它所携带的用于导航和检测障碍的光敏感器也需要较好的光照条件。为此，祝融号火星车就着陆在纬度小于30°的乌托邦平原，这里阳光比较充足，昼夜温差也比较小，有利于祝融号火星车的工作。

在确定了着陆地点后，最大的挑战就是如何在火星着陆了。目前，世界火星探测器着陆的成功率只有大约50%。其难度被形容为相当于从巴黎打一个高尔夫球，正好落到东京的某个洞里。

这是由于火星距离地球太遥远了，地面的遥测和遥控信号很微弱。另外，由于地球与火星的通信延时达10分钟以上，所以在火星着陆的全过程中，一切都要靠探测器自主进行。还有，当火星探测器运动到火星背面时，地球上无法准确地确定其轨道参数，这就会给再入高度的选择带来困难。

着陆前，必须提前给火星探测器注入数据，使它在着陆过程中完全自主地执行上百个程序，精确地完成气动减速、降落减速、制动减速和着陆减速等一系列动作，任何一个程序都不能有误。

进入火星大气层后，火星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，都至关重要，必须非常精确，1秒不差。整个过程要经历所谓的“恐怖7~9分钟”。因此，火星探测器的着陆过程十分复杂，每个环节都不能有闪失。有一名美国科学家曾形容火星探测器着陆时的心情，就好像丈夫在产房外等待妻子分娩一样。

图年12月15日，机遇号抵达了圣玛丽亚陨坑（2）。

原定年12月3日在火星着陆的美国“火星极区着陆器”在即将登陆火星表面时，由于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。年10月20日，欧洲“火星生物学-”中的“夏帕雷利”进入、降落和着陆演示器在着陆前与地面失去了联系，原因由一个仅一秒的计算失误所致，提前将降落伞与防热罩分离，导致“夏帕雷利”硬着陆而撞毁。

未完待续

责任编辑张长喜

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