文/M
北京时间2021年5月15日8时20分左右，中国首枚火星探测器“天问”一号确认成功着陆火星北半球的乌托邦平原，在火星上首次留下中国印迹，迈出了中国星际探测征程的重要一步。
（图源丨航天科技集团五院）
在“天问”一号着陆前夕，曾发出一封“家书”，上面写道：“我即将迎来此次旅程中最凶险最困难的一关——进入/下降/着陆，这是人类火星探测失败率最高的阶段，也是惊心动魄的‘黑色九分钟’。但我一点儿都不害怕，家人们为我着陆火星做好了各种准备，让我心中有数，脚下有路。”
“天问”一号家书
今天，就让我们一起来探寻中国航天人为“天问”一号能顺利落火都精心准备了哪些秘密武器吧。
“天问一号”着陆过程示意图
银色冲锋衣
“天问”一号在着陆火星之前，经历了近10个月的漫长旅途。在向火星逐步靠近的旅途中，“天问一号”需要经历多次的温度循环变化（最高温达100℃，最低温可达-120℃）；同时由于太空的高真空特性， “天问”一号在面对太阳光的直射下，无法像飞机那样通过热对流或热传导传递热量，因此其向阳面与背阳面也有着巨大的温差，严重影响“天问”一号内部设备的工作状态，甚至在太空持续不断的高能紫外与电离辐射下也会对其外表产生损耗损伤。
为了让其中的各种电子设备经受得住宇宙环境大温差、强辐射的考验，科研人员为它特制了一套“冲锋衣”，学名叫热控涂层。它的厚度大概在0.06-0.08mm的范围，约为一根头发丝的厚度，却能有效减少空间环境对航天器内部造成的温度影响、抵抗空间中的高能紫外辐照以及多种高能粒子与电离辐射，从而成功实现对着陆巡视器内部设备正常运转的温度保障，确保“天问一号”的旅途安全。
“天问一号”这件“冲锋衣”同时具备低吸收和低发射功能，在中国是罕见的热控涂层类型。（图源丨央视新闻）
特殊设计的降落伞
由于火星大气稀薄，是地球标准大气的1% ，“天问”一号在进入火星大气后，虽已通过它的气动外型进行了减速，但是速度依然能达到两马赫，超过音速两倍，因此利用降落伞为航天器着陆进行进一步的减速, 降到速度约95m/s。
（图源丨航天科技集团五院）
这个特殊设计的降落伞，是“天问”一号在着陆火星过程中最重要的减速装置之一。降落伞完全打开后的长度可达到34米，整个面积200平方米，体积为60升，重达40公斤。伞主要由三个部分构成，上部展开来看是一个圆盘，在圆盘的下面是一条缝，目的是为了在降落伞充气的时候，有些气流可以从缝通过去，在这个缝下面是一个相对比较窄的带条，这样就组成了盘缝带；为了改进它的开伞的受力情况，最外围设计成若干个类似于锯齿的形状，因此叫“锯齿形盘缝带伞”。
锯齿形盘缝带伞展开图（图源丨央视新闻）
降落伞采用红白相间的设计，是根据整个结构受力的一个分布情况来进行的一个优化设计。这个颜色区分也是为了使降落伞在开伞工作过程中可以在监视相机中呈现更好的图案效果，有利于科研人员后期对在整个降落过程中的回放录像进行分析而专门设计的。
（图源丨央视新闻）
基于在火星上的超声速、低密度和低动压的特殊条件下，除了降落伞之外，和它配套的弹伞筒是决定降落伞能否顺利打开的关键。火星弹伞筒是目前我国研制的最大尺寸的弹伞筒，内装有火药，通过火药燃烧产生的高温气体，将降落伞以35m/s的速度弹射出来，帮助降落伞成功打开，从而使着陆巡视器减速。
自主导航的秘密武器
面对存在大量未知的火星，如何确保“天问”一号不迷路？这就要归功于两台全新研制用于深空探测光学自主导航的设备，它们在不同阶段帮助“天问”一号确定位置与速度。航天科技集团八院研究员——郑循江表示：“这是我国首次在行星际转移飞行过程中应用光学自主导航技术。”
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光学导航敏感器
用于巡航段，远距离对火星成像
远距离对火星成像
光学导航敏感器（图源丨央视新闻）
光学导航敏感器是指应用于空间环境中基于光学探测原理获取航天器姿态或导航信息的敏感器，是“天问”一号火星探测器自动驾驶过程中的“眼睛”。
“天问”一号火星探测器传回的地月合影，是通过“天问”一号探测器上的光学导航敏感器自主曝光拍摄完成的。（图源丨国家航天局）
“天问”一号可以通过光学导航敏感器对火星的成像，结合估计算法自主获取实时的位置和速度信息，从而实现导航定位的作用；此外，光学导航敏感器还可以对深空探测相关光学导航方法进行工程验证。
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红外导航敏感器
用于环绕段，即“天问”一号成为火星卫星时，用它来进行测量“天问”一号探测器的轨道位置和速度，避免迷路。
红外导航敏感器（图源丨央视新闻）
在前期环绕器进行环火科学探测及着陆勘察的三个月时间里，红外导航敏感器已成功获取了阴影区火星红外图像，进行了长波红外对超低温目标探测能力等多项技术验证。
