天問一號著陸火星“最後一腳”剎車如何踩穩踩準？這臺發動機功不可沒

5月15日7時18分，天問一號著陸巡視器成功著陸於火星烏托邦平原南部預選著陸區，我國首次火星探測任務著陸火星取得圓滿成功，是中國航天史上又一重要里程碑。

這一步的實現實屬不易。

探測器要想成功著陸火星需要在短短9分鐘時間內將兩萬多公里時速降為零，其間需要經歷氣動減速、降落傘減速、動力減速、著陸緩衝等多個環節，任何一個環節失誤都意味著登陸失敗。經過一系列減速措施，“天問一號”來到距離火星表面約2公里處，以約100米/秒的速度不斷接近火星表面。這個速度相當於目前我國高鐵的最高執行時速。

如何將這一速度迅速降下來，是能否最後成功著陸的關鍵。由中國航天科技集團六院研製的7500牛變推力發動機擔當起這一重任。作為著陸巡視器主發動機的7500牛變推力發動機，為著陸巡視器動力減速、懸停避障和緩速下降等軟著陸任務提供軌控推力。

據透露，“天問一號”採用的是由液體火箭發動機提供反推力的方式來實施最後的減速，此方法已在嫦娥三、四、五號探測器落月過程中連續三次成功實施，火星著陸巡視器7500牛變推力發動機正是落月用變推力發動機的2。0版。

為了滿足火星探測器安裝結構要求和減重需求，並提升發動機效能，研製團隊首次在我國開展深空探測的航天器上將推進分系統發動機燃燒室，從以往的低室壓方案改進為中室壓方案，從而保證了相同推力情況下，發動機體積更小、效能更高。加上不斷創新和最佳化生產工藝，有效實現了推進分系統的輕質化需求。

之所以從1。0升級到2。0，是因為火星表面軟著陸的難度的確太大了。

首先，火星實在太遠。

月球與地球的平均距離為38萬千米，而火星與地球的距離在5000萬至4億千米左右，遠遠超過地月距離。在地球上，最多0。13秒能實現任意兩點通訊，地月之間需要2。5秒，但當“天問一號”需要在火星著陸時，火星與地球的距離為3億千米，完成一次通訊需要約30分鐘。也就是說，訊號還沒跑到地球，探測器已經“收工”了。對於身在遙遠異鄉的小傢伙，這一段路得自己操心，每一次推力的變化必須非常迅速、精準，發動機需要很“聽話”。

會不會頻繁猛踩剎車，是評判一個司機駕駛技術好壞的重要指標之一。同樣，為了減少降落過程中對著陸巡視器的衝擊，將“乘客”平穩送達，發動機採用了“長距離輕剎車”的技巧。在降落過程中，雷達等探測裝置會像眼睛一樣盯著火星地面，測量巡視器距離地面高度等引數，這些引數進入GNC系統，由這個睿智的“大腦”計算出對發動機的推力要求。發動機會按照預設的時序和實時的指令完成變推力調節，讓著陸巡視器慢下來，最後以很低的速度穩穩落在火星表面。

其次，火星表面軟著陸的另一個難點在於，月球表面近似真空，而火星表面有一層稀薄的大氣。

在降落過程中，著陸器與火星表面的大氣會劇烈摩擦，為了防止被“燒糊”，著陸器上增加了一個防熱大底，原本可以“伸出去”的發動機被“兜起來”了。有限的艙體空間限制著發動機的尺寸，“天問一號”探測器變推力發動機的高度比“嫦娥三號”探測器變推力發動機要縮小超60%，推力等主要效能指標卻保持不變，“小個子”要爆發出“大能量”，這意味著發動機必須更結實。

去一趟火星不容易，但“天問一號”能攜帶“乘客”的總重量也是有限的。為了給乘客更舒適的空間，科研人員從發動機的原理入手，對系統引數和總裝佈局進行了最佳化，既保證了功能，又增加了一些新技術，應用了一些新材料，發動機沒有“長肉”“增肌”，重量還減少了2/3，為其他“乘客”讓了讓“座”。毫不誇張地說，這臺全新的7500牛變推力發動機，在我國探測器首次著陸火星中立下了汗馬功勞。

欄目主編：劉錕 文字編輯：劉錕