[] 详解好奇号着陆全过程：经历恐怖7分钟[3P]

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着陆过程图解


飞船在火星大气层中剧烈减速


好奇号的天空起重机系统

　　好奇号火星车是美国宇航局迄今最为先进的火星车，大小与一辆小汽车接近，以核电池作为动力。好奇号于2011年11月发射升空，预计于北京时间8月6日13时31分在火星着陆，将首次采用特殊设计的“天空起重机”系统着陆。按计划，好奇号将在火星盖尔陨坑着陆，执行两年的考察任务，探索火星过去或现在是否存在适宜生命的环境。

　　以下为美国宇航局官方公布的好奇号登陆全过程：

　　在整个好奇号登陆火星的过程中，最惊险的一段莫过于进入-下降-着陆过程了，该阶段缩写为EDL，指的是飞船以每秒5.9公里的速度撞击火星大气层顶，开始降落过程。EDL过程持续仅仅7分钟（被称为恐怖7分钟），以火星车平安降落于火星地表为结束标志。从接触火星大气层顶之前10分钟探测器抛掉巡航级开始，到有“天空起重机”之称的下降级切断连着好奇号的缆绳，飞船一共将经历6种不同的姿态，从而允许各阶段动作的展开。

　　NASA工程师详解着陆火星恐怖7分钟
媒体来源：新浪科技　火星的大气层顶是逐渐向外层空间过渡的，而并非一个截然存在的清晰边界。本次任务设计人员制定的火星大气切入点位置距离实际着陆位置——盖尔陨石坑约3522.2公里，和着陆地点高度相比，切入点高度为131.1公里。飞船进入火星大气层之后相对于火星地表同时作东向运动，从大气切入点到着陆位置，飞船在空中划过的路径覆盖地面距离约为630公里。

　　接触火星大气层顶之前10分钟，飞船抛掉巡航级。同时，火星科学实验室进入-下降-着陆设备包(MEDLI)开始进行数据测量。这一设备包此时收集的有关火星大气和飞船隔热罩表现的数据将有助于在未来改进火星飞船的设计。

　　巡航级分离后1分钟，即接触火星大气层顶之前9分钟，飞船后隔热罩上安装的小型发动机开启反向喷射，终止飞船在行星际巡航阶段保持的每分钟两周的自旋状态。随后，这几个小发动机再次点火，调整飞船姿态，将隔热罩正对前方，这一动作被称作“进入转身”。

　　在“进入转身”动作之后，后隔热罩抛掉两块钨质载荷，它们被称作“巡航平衡负荷装置”，这两个负荷装置每个重75公斤。在抛掉这两个装置之后，飞船重心发生改变。在巡航阶段，飞船的重心是位于飞船稳定自旋中轴线上的。在飞船冲入火星大气层时错开原有重心位置将帮助飞船在和火星大气发生剧烈摩擦使获得升力，，从而让它能够在火星大气层中“飞行”。相比之前的火星着陆项目，这种获得升力的方法实际上也帮助提升了我们将更重的载荷送上火星的能力。

　　同时飞船还将巧妙的利用这种升力。它将采用一项名为“受控引导切入”的技术，克服火星高层大气中无法预料的气体密度差异，从而提升着陆精度。

　　在受控引导切入阶段，飞船后隔热罩上的发动机会开启，调整大气层切入的角度以及预计获得升力的方向，从而保证飞船瞄准预定着陆地点而不至于飞的太远或者太近；另外飞船还将可以进行S型机动，以便进行左右方向的调整，进一步提升着陆精度。所有这些措施都将帮助飞船修正由于大气影响(如风)或其它失误而可能造成的偏差。所有这些机动措施都是由飞船上的计算机自动控制执行的，机载计算机将根据基于一个陀螺仪的惯性导航装置仪器收集的有关减速和方向的数据，以及据此间接计算出的外部大气密度和风力风向等数据自动做出判断并命令飞船执行相应动作。

　　在EDL阶段，超过90%的减速是在降落伞打开之前飞船和火星大气之间的剧烈摩擦造成的。大约在飞船进入大气层之后75秒，隔热罩经历的温度达到最高值，此时隔热罩外表面温度高达2100摄氏度。在之后的大约10秒达到最大减速值。减速的最大负载可达15g，不过最大减速负载达到10g或11g的可能性更大一些。

　　在飞船完成其“受控引导切入”阶段之后，在降落伞打开之前数秒，后隔热罩会再次抛掉一组钨质负荷，从而让飞船的重心再次回到对称轴线上来。这一组负荷被称为“进入平衡负荷装置”，包括6个钨块， 每个重25公斤。抛弃这一组负荷后将让飞船回到平衡位，从而为降落伞的顺利打开准备好条件。

　　降落伞的直径约16米，在进入火星大气层之后254秒开启，此时距离火星地表大约11公里，飞船速度为每秒405米。在降落伞打开24秒后，隔热罩分离，此时飞船高度约8000米，速度每秒125米。

　　隔热罩分离后，火星下降成像仪(MARDI)开启，开始对准飞船飞行方向录像。随后这台设备将在整个降落过程中不间断摄录。此时好奇号火星车和被称为“天空起重机”的下降级仍旧被打包压在后隔热罩内。此时，安装在下降级上的雷达系统——末段下降探测器开始启动，获取速度和高度数据。

　　降落过程中，后隔热罩上连接着降落伞，在隔热罩分离约85秒后它们和下降级和火星车分离。此时飞船距离地面约1.6公里，速度为每秒80米。与此同时下降级上安装的全部8台被称作“火星着陆发动机”的反冲推进发动机同时启动，进入有动力的缓慢下降阶段。

　　当反冲发动机将下降级和好奇号组合体的速度降至大约每秒0.75米之后，下降级将持续保持这一速度，直到将好奇号稳稳地放置在地面上。随后几根缆绳伸出，将好奇号从下降级中吊出，悬挂在下面。并且在此之前，8个反冲发动机中的4个将关机。此时好奇号就悬挂在下降级的下方，但仍然通过缆绳和数据线和下降级相互连接。此时组合体距离地面高度约20米，12秒后就将接触地面。

　　火星车的轮子和抗震系统会在接触地面的一刹那启动。随着组合体进一步下降，从下降级伸出的缆绳会不断拉长，当接触地面时，组合体的下落速度约为每秒0.75米。当火星车轮子接触地面后，会发送一个信号，此时下降级的缆绳会被立即切断，从而让下降级迅速飞离到距离好奇号至少150米，甚至比这两倍远的远处，不至于威胁到火星车的安全。

　　在着陆后不久，好奇号火星车上的计算机将会从进入-下降-着陆(EDL)模式切换至地表模式。这将立即自动启动在火星表面第一天的工作程序(Sol 0)。此时着陆地盖尔陨石坑的时间(平太阳时)是火星当地时间下午3点左右。

　　在EDL阶段计时中存在的误差因素

　　从飞船接触火星外层大气到着陆的时间是很难先期精确计算的。每一个阶段事件执行的精确时间和海拔高度位置都会由于受到火星大气层不可预料的扰动因素而受到影响。受控引导切入技术的应用将让好奇号飞船相比之前的火星着陆器能够更加灵活自如地应对这些大气扰动。从接触火星大气到真正着陆所经历的时间最短大约为380秒，最长460秒。而在一次成功的着陆过程中，降落伞的打开时间也可以存在10~20秒的允许误差。在EDL阶段存在最大变数的过程就是飞船在降落伞打开后将飞行多长时间，这一时间段最短大概是55秒，但是最长可以达到170秒。本文中给出的各程序动作时间点军事按照标准状态，即416秒着陆的情景描述的。