天問一號著陸火星經歷“恐怖9分鐘”，比美國的“7分鐘”差嗎？

到目前為止，只有美國探測器曾經完好地登陸上火星，天問一號著陸器攜帶“祝融號”成功登陸，意味著中國是第二個將探測器送到火星表面的國家。為了準備這次著陸，“天問一號”探測器帶著火星車足足繞火星轉了3個月，“看”了3個月。

這不奇怪，火星對於美國來說已然熟門熟路，而對於中國“天問一號”則是大姑娘坐轎——頭一回。之前所有火星資料都是人家釋出的，是不是全面？有沒有偏差？我們都要先搞清楚。因為邁出第一步便不能回頭，等待“祝融”的是“恐怖9分鐘”，成則穩穩落地，敗則一堆廢鐵，不存在“50%成功”的可能。

天問一號著陸器成功在火星著陸

有朋友問老周，啥叫“恐怖9分鐘”？為什麼美國科學家講的是“7分鐘”，為什麼不是6分鐘或8分鐘？這跟飛船返回地球遇到的黑障是一回事嗎？今天咱們就來聊聊這些問題。

其實“恐怖7分鐘”最早是“6分鐘”，專指著陸器從進入火星大氣層開始一直到降落在火星地面這一段時間。因為地球與火星之間距離遙遠，電波來回得半個多小時，因此我們不能知道實時情況，更談不上遙控降落，一切都要靠著陸器自主行動；加上火星大氣十分詭異且充滿不確定性，失敗機率大，科學家在地球上總是提心吊膽，故而認為這個過程很恐怖。與美國相比，我們的“祝融”接近9分鐘，這個原因咱放在後面講。

地球表面有100千米厚的稠密大氣層，這使得航天器減速返回地面比較容易；月球表面沒有大氣，但月球質量小，它的表面重力只有地球的六分之一，引力小也使航天器軟著陸變得容易；火星表面有大氣，同時表面重力也只是地球的38%，照理說在火星上著陸應該比地球或月球更容易才對，為什麼反而更難呢？

地球、火星與月球大小比較

其實問題恰恰就出在火星的大氣層上。

火星體積小，它的引力也小，加上早在幾十億年前就失去了磁場，火星上的大氣被太陽風一點點吹走，今天即使是火星表面最稠密的大氣也只相當於地球35千米高空那麼稀薄。這給航天器帶來的一個直接影響就是：減速度不夠。

火星大氣層很稀薄

“天問一號”環繞火星的飛行速度大約為4。8千米/秒，也就是說“祝融號”需要在8分多鐘的時間裡將速度從4。8千米/秒降到0，這首先需要依靠火星大氣來進行空氣動力減速。但是火星的空氣太稀薄了，它並不能讓“祝融號”在安全的高度內把速度降到1馬赫以下，因此我們需要給著陸器配備一頂巨大的超音速降落傘，這個降落傘可以在1。7馬赫的高速度和500Pa低動壓下開傘，將著陸器的速度進一步降至100米/秒以內。

在下降速度達到98米/秒之後，著陸器先拋掉下方的防熱大底，露出7500N的反推發動機，開啟緩衝腿，隨後降落傘會帶著上方的“大鍋蓋”脫離，反推發動機啟動繼續減速到大約2米/秒，發動機關機，著陸器穩穩落地。整個過程大約9分鐘。

祝融著陸

你可能會說了，在地球上著陸也差不多是這個過程呀，為什麼說火星更難？沒錯，到目前為止已經有好幾個國家成功在地球上回收了航天器，環地球軌道飛行的速度高達7。6公里/秒，比火星快多了。之所以在地球上著陸更容易，就因為我們地球的大氣層更稠密，阻力大，返回的航天器有足夠時間將下降速度減到0。6馬赫以下，降落傘開啟時也更從容，並且出黑障後還有地面實時監控發指令，這些在火星上做不到。

天問一號有一頂巨大超音速傘

月球表面沒有大氣，沒辦法用減速傘，但它的好處是引力小、環月飛行速度低，因此可以一直靠反推發動機來持續減速。當初阿波羅11號在降落時計算機宕機，阿姆斯特朗是透過手動操縱飛船降落在月球表面的，這在火星就不可能做到，因為火星有大氣。著陸器的反推發動機在空氣中會產生不穩定羽流，飛行速度又快，會很容易失控翻跟斗。因此，在火星上著陸的難度比登陸月球高出幾個數量級，這是對一個國家航天技術的綜合考驗，小國做不到。

火星氣動減速很難

最後來講一講中國為什麼是“9分鐘”而不是美國人一直聲稱的“7分鐘”，有朋友說那是美國人使壞，騙人的陰謀。其實未必。我們著陸時間更長，一方面是用了更大的超音速減速傘，它能在更高的高度開傘，自然能爭取更多空中調整時間；同時“祝融號”在著陸過程中加了兩次主動懸停避障，這是美國探測器所沒有做到的。

在大約下降到800~600米左右高度時，著陸器會懸停，透過拍攝著陸區地表情況、由計算機分析障礙，從中挑一塊著陸區，這叫“粗避障”；當下降到100米左右再懸停，透過鐳射掃描著陸點，避開大石塊和斜坡坑洞，最後降落到相對平坦的地方。把降落傘和懸停的時間算上，“7分鐘”就變成了“9分鐘”。懸停避障是中國嫦娥探測器在月球上多次做過的，其實它的難度比馬斯克獵鷹火箭垂直降落難度要高很多。

懸停避障

最後講一點：所有探測器在火星表面的著陸過程都是全自動的，其間完全沒有人為干預，也沒辦法進行實時干預。火星離地球太遠，電波一個來回就需要36分鐘，科學家在地球上兩眼一抹黑啥也看不到，只能乾著急，感覺很“恐怖”。加上火星大氣層的不確定性太多，如果沒有強大的科學實力和工程技術能力，你就算是飛到了火星，大機率也是拍死在那片紅土地上。

以後誰再要BB它的科學有多厲害，你可以拍著胸脯大聲說：“老子上火星了，你們呢？”