其实火星ic着陆，并不像我们想象的那么简单，只要飞上去就可以。经过三个多月的轨道飞行，天问一号成功着陆于火星表面，不过事实上很多人都很疑惑，为何天问一号不能直接落在火星表面，另外所传言的着陆前“惊魂九分钟”，到底又是怎么一回事儿呢？可以类比的是，即便是飞机降落在地球，虽然只是简单的一个着陆和滑翔的步骤，但需要的是飞机上上百个仪器同时工作以及数据的分析才可以。火星着陆也是一样的道理，之所以要在火星轨道上运行三个月，也是为了收集火星上的数据，而且要将这些数据收集整理分析，也需要一定时间，并分析出可能会发生的种种情况，确保万无一失以后才可以。等到数据工作结束以后，天问一号才会向火星释放火星车，祝融号火星车降落火星的过程，通过细致划分可以分为降轨、分离、减速、悬停、着陆，由此也可以看得出，这个降落的过程并非是一蹴而就，而是经历了一个相当漫长的过程。而在这五大步骤中，属着陆的难度最大，其实可以想象，如果稍有不注意，火星车就不是降落在火星表面，而是撞在火星表面，这样即便是能降落成功，一旦因为撞击损坏了部分仪器，对于探测任务将会有很大的影响。具体难度在于，火星距离地球太远，其信号延迟大约是在10分钟，无形中增添了人工干预的难度，只能预先植入命令，由探测器自主依据地面情况进行降落，一旦出现问题，探测器必须在短时间内做出判定并解决问题，另外在降落过程中，火星车因为动能势能关系，落地的那一刻速度会非常快，因此着陆前的刹车工作非常重要，而历史上火星着陆任务中，一共22次成功仅有10次，依据重力加速度，火星车着陆前速度应该会达到4.8千米每秒，因此落地前9分钟，火星车必须处于制动状态，疯狂刹车。
天问一号落火，是中国人获得第二宇宙速度之后做的一件非常重要的事。首次火星探测就获得成功，在世界上都是了不起的事，这与中国航天稳健务实的特点息息相关。
这次从地球到火星全流程的跑通，对于后续火星探测大有裨益，对于未来的载人登火也意义重大。通过天问一号任务积累的经验，我们可以知道空间中那个点实施机动，达到什么样的效果，这样就能更精准的使用燃料，节约出来的质量就可以携带更多的仪器进行有益的探测。而且落火的全流程，对于火星不同高度大气密度数据获取，也为未来更稳定的落火奠定了基础。
未开随着祝融号对火星地标环境更详细的勘探，火星的水资源，潜在的甲烷资源以及火星天气预报，都是未来载人登火基础中的基础。更重要的是，通过轨道器和祝融号的通讯设备，我们建立起了地火之间，以及火星表面的通信链接。这样不但对外部数据和设备的依赖程度减弱，还有底气说我们可以支援其他国家的火星探测，为他们提供通信支持，这对于人类外太空探索来说，是非常珍贵的宇宙主义精神。
天问一号的着陆地点位于火星北半球的乌托邦平原，着陆器上搭载的是我国“祝融”号首辆火星车。为什么选择在这里着陆呢？
乌托邦平原（Utopia planitia）位于火星的北半球，是火星上的最大平原，大小约3300公里。
一是因为工程风险低。由于该地区地势平坦，陨石坑较少，地质年龄较轻，地壳较薄，对着陆器着陆和后续的科学探测非常有利。
二是因为科学价值高。人类登陆火星，其中一个非常重要的目的是寻找火星上的生命痕迹，科学家认为，在远古火星，乌托邦平原很可能是海洋覆盖的地区，天问一号着陆地点（东经110.318度，北纬24.748度）位于远古海洋与陆地交界处。1972年，美国海盗二号着陆器也选择在该地区着陆。
今天，天问一号顺利登陆火星表面，接下来最重要的时刻就是——藏在里面的“火星车祝融”就要被释放到火星表面，开启它的火星探险啦。你知道多少关于火星车的小知识呢？欢迎在评论区给我们留言，最了解的祝融号的朋友可以获得一份关于火星的特殊奖励哦~别忘了点开下方链接，快速get火星秘密。
祝融号火星车为何要等三个月才着陆火星？
（1）今天(5月15日)早上7时17分，天问一号已经成功将祝融火星车投放到火星表面，实现了我国深空探测一个质的飞跃！所有国人都为之感到骄傲！！！
(2)大家在祝贺天问一号火星探测器将祝融号火星车安全着陆到火星表面时，一定也在想，从天问一号在2月10日成功入轨火星，到火星车着陆，时间跨度达3个月，而不像NASA的火星2020任务，在进入火星轨道后就直接将毅力号火星车投放到火星表面？
（3)这是因为我们的天问一号与火星2020任务性质不同，需要做的着陆准备工作也不同，因此着陆前的准备时间就自然不一样了。
（4）先看火星2020任务，它只是通过投放到的火星表面的火星车开展工作，没有环绕探测的任务。这也已经是美国的第9个着陆探测，而且现在有3个轨道器在环绕火星工作。因此，NASA在已经多预选着陆区开展大量预先调查，例如高分辨率的照相获得安全着陆点的位置，不需要本次任务给降落提供支持。这些环绕器同时被用作“毅力号”与地面的通讯传输。再者，美国在火星着陆方面，已经积累了很多次成功的经验，因此这次任务就可以“一步到位”，快速投放“毅力号”火星车了。
（5）而我们的天问一号与之差别很大，在任务方面，我们要同时完成环绕和着陆巡视探测，这是全世界也是首次。
（6）也就是说，天问一号，不仅仅是投放火星车进行火星探测，还包括了一个环绕探测器。在投放火星车之前，火星车、着陆平台和环绕器这三件套是捆绑在一起的。天问一号进入火星轨道后，要先期开展环绕探测试验。还要为祝融号寻找安全的着陆地点。
（7）天问一号如何为祝融号寻找安全着陆点呢？就是要首先对预选的着陆区开展高分辨率的拍照，避开不适宜着陆的地形，做到“地利”。这个工作要花不少的时间。而美国在毅力号着陆之前，已经提前做好这个工作。
（8）除了要查明着陆地点的地形外，还要选择合适的“天气”，也就要看“天时”。只有在“天时地利”条件都具备时，才能把着陆的风险降到最低。这个天时，主要就是要避开火星尘暴发生的时间，这个时间大致在3月-8月，也就是火星的春夏之交，5月是一个比较适宜的时间点。
（9）在探测器完成各种试验、为着陆点寻找安全地点，再考虑避开火星尘暴的影响，时间就来到了5月。
（10）这次天问一号任务在工程方面非常圆满，一切都在掌控之中。也让我们一起期待更多的科学探测成果。
图1 祝融号火星车
图2 祝融号着陆点
着陆火星分几步？
（1） 大家知道，成功软着陆火星是一项十分具有挑战性的任务。在以往的着陆探测任务中，只有美国取得了不错的成绩，目前已经有9次成功着陆了。而欧空局和俄罗斯的着陆尝试，大都以失败而告终。
（2） 我国天问一号火星探测任务中，祝融号火星车的成功着陆，要几步呢？三大步、七小步！
（3） 三大步(EDL)：进入、降落、着陆；七小步：降轨、分离、气动减速、伞降减速、动力减速、悬停避障、着陆缓冲。下面介绍7小步。
① 降轨：探测器建立降轨姿态，轨道器发动机点火，降低近火点高度，使天问一号进入近火点50公里、远火点27700公里的大椭圆轨道。
② 分离：在距离地面125公里处，实现轨道器和着陆器分离。设此时的时间为进入大气T0时间。两器到达安全距离后，轨道器立即点火，抬升轨道，实现近火点265公里、远火点 15,000km、倾角87.7°的中继轨道。轨道器升轨同时，实时拍摄监测着陆器的下降过程。
③ 气动减速：两器分离后，着陆器调整姿态，防热大底朝前，沿着进入火星大气的轨道滑行，以-11.2°的飞行路径角切入火星大气，此时速度大约4800m/s。随后开始升力体制导，展开配平翼。随着防热大底和大气不断摩擦，飞行器速度逐步降低，此阶段为纯气动减速段，消耗将近90%的速度。
④ 伞降减速：进入大气层后283s，速度降到460m/s，超音速减速伞打开，此时高度约11公里，飞行路径角为-23.3°。减速伞使用盘缝带设计伞。进入大气层后325s，速度降到250m/s，高度约9km，飞行路径角-67.1°，抛防热大底。由于脱离了降落伞减速，防热大底将以更大的速度下降，逐步和着陆器脱离。
进入大气层后370s，速度降到90m/s，高度约1.5km，着陆器同背罩分离，降落伞拉着背罩脱离着陆器。
⑤ 动力减速：在着陆器同背罩分离同时，发动机点火，对地雷达随机开机，着陆缓冲机构展开。变推力发动机开机逐步减小着陆器下降的速度，同时保持姿态稳定。
⑥ 悬停避障、缓速下降：通过调整发动机推力，使着陆器在高度100米时速度控制在0m/s达到悬停的目的，同时着陆器下方对地相机拍摄下方图像，自主分析并选择相对平整适宜着陆的点。调整着陆器姿态前往着陆点开始下降高度。
⑦ 着陆缓冲：进入大气450秒，着陆器缓缓降落在火星表面，此时垂直速度小于3.6m/s，水平速度小于0.9m/s，通过着陆腿的缓冲机构抵消剩余的动能。
以前说过，从分离到着陆，历时400多秒，被称为恐怖七分钟。由于地火之间距离遥远，上述所有步骤都要着陆器自己完成，地面无法干预。祝融号的成功着陆，意味着中国的深空探测能力，又向前迈出了一大步，无疑是一件里程碑的事件
资料来源：SS_papa 全球航天事件
图1. 进入大气层，气动减速
图2. 动力减速
天问的这个垂直降落火星表面，难度可比马斯克的space x垂直降落大多了
今日，祝融号经过漫长的旅行，中午成功着落在火星表面。相信大家已经看到了着落动画过程。在这九分多钟里，祝融号依次打开配平翼、降落伞，以及反推发动机，不断调整着陆地点，降低着落速度。特别是最后的反推发动机阶段，需要精密的力学与控制。祝融号体型小，这个阶段的控制难度远超space x。
1，祝融号在降落的过程中，特别是发动机反推阶段，主要受到的力就是发动机的推力，空气的阻力，以及自身的重力。发动机的推力和空气的阻力都是来抵抗自身的重力。自身的重力自然是不变的，但是火星上的空气阻力时刻都在发生着变化，高速状态下一般与速度的平方成正比。所以我们的发动机就要根据空气阻力的变化，来不断的调整推力的大小。
2，刚说空气阻力的大小跟速度的平方成正比，它还跟大气的密度，迎风面积以及祝融号的气动外形有关，这几个因素里面只有空气的密度不是很确切。因为祝融号在火星上不是在地球上，尽管我们通过遥感可以探测到火星的大气密度，但是这个探测值更多的是一个平均值，对具体某一个位置的密度的探测应该还不是很准。另外火星大气气流的变化也是一个未知数。所以祝融号在降落过程中受到的空气阻力，非常的复杂。
3，这就要求反推发动机灵敏度非常高，能够通过传感器传递过来的数据，实时计算出一些运动参数的变化，这就是力学与控制的融合。此外，祝融号还可以通过传感器来探测火星表面的地貌，寻找最佳的着陆位置。也就是说祝融号在下降的过程中也存在着平移的过程，同样需要根据传感器的数据，及时的调整发动机的推力方向和大小。
4，从形状上来看，祝融号是一个扁平的圆锥体。大家小时候可能都做过或者看过一个杂技技巧，就是用一根长杆，上面顶一个转起来的碗，这根杆越长，顶起来也就越容易。因为我们顶起来的这根杆，如果发生了一点点的偏移，能够通过我们的手来及时的调整。由于杆很长，所以它偏移的发生的时间也就稍微长一点，这样就给我们有了足够的时间来调整，这也是马斯克space x的垂直降落的一个点。
5，但是，我们的祝融号可不是一根长长的杆子，它在垂直方向上的尺寸很小，这么小的一个物体控制起来就非常的难了。因为一点点的空气阻力的一个扰动，都会非常迅速的改变祝融号的运动，这就必须要求发动机推力和方向，经过算法以后的响应要非常的快。这也就是祝融号垂直降落的过程，要比space x难度大的一个地方。当然space x体积巨大，重量更大，它也有它的难点。
最后，希望祝融号能够圆满的完成这次火星探测任务。
