在太空中 ， 两个航天器的对接被形象地称为“太空之吻” ， 近年来 ， 从神舟八号到神舟十一号、从天宫到天舟 ， 我国航天器在太空上演过一次次令人难忘的交会对接 。
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两器分离的过程可谓“步步惊心” 本文图片均由 中国航天科技集团 供图
而在5月15日这次具有里程碑意义的“落火”大戏中 ， 令人难忘的却是“两器分离” ， 它的成功上演 ， 确保了着陆巡视器得以完成后续一连串完美的落轨、下降、悬停、避障、落地动作 ， 在火星表面第一次留下中国印迹 。
这次在火星停泊轨道上的“两器分离”是如何完成的？风险点在哪里？降落中又经历了哪些惊心动魄的过程？上海航天八院的专家透露了个中细节 。
分离前 ， “天问一号”火星探测器在周期为两个火星日的停泊轨道上运行 ， 在到达近火点前约6小时 ， 八院抓总研制的环绕器4台120N发动机点火约两分多钟 ， 实施降轨机动 ， 进入火星大气进入轨道 ， 之后转为两器（环绕器、着陆巡视器）分离姿态 ， 并执行两器分离动作 。
据八院专家介绍 ， 两器分离经过了“降轨、分离、升轨”三步曲 ， 可谓步步惊心 。
首先 ， “天问一号”要实施降轨机动 ， 环绕器上的发动机点火 ， 降低探测器近火点高度 。 然后 ， “天问一号”在距离火星表面约125公里前 ， 实现环绕器和着陆巡视器的分离 。 两器到达安全距离后 ， 环绕器点火提升轨道至中继轨道 ， 环绕器升轨的同时 ， 实时拍摄监测着陆巡视器的下降过程 。 接着 ， 着陆巡视器调整姿态 ， 防热大底朝前 ， 沿着进入火星大气的轨道滑行 ， 瞄准进入火星大气层的一个窄窄的进入走廊 ， 着陆巡视器与火星大气层形成的这一夹角非常关键 ， 角度太大会导致与大气摩擦温度升高过于剧烈 ， 角度太小又实现不了进入火星大气层的目标 。
专家指出 ， 如果降轨偏差过大 ， 会影响着陆巡视器进入火星大气时进入角、经纬度等参数 ， 最终影响着陆巡视器进入火星大气后的着陆过程 ， 遇到此情况 ， 地面可以终止分离流程；分离有问题 ， 探测器能够自主判断取消分离 ， 继续携带着陆巡视器飞行 ， 等待后续着陆机会；分离成功 ， 但环绕器升轨近火点高度不够 ， 会有进入火星大气坠毁的风险 ， 这些都是两器分离及着陆过程的风险点所在 。
着陆巡视器和环绕器分离后 ， 继续沿火星大气进入轨道飞行 ， 分离后再经过3个多小时进入火星大气 ， 依靠气动外形减速、降落伞减速、发动机减速、悬停避障 ， 最终安全着陆在火星表面 。 环绕器则在分离半小时后进行升轨机动 ， 返回停泊轨道 。
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进入火星大气时 ， 着陆巡视器的速度可达每秒4.8千米 ， 相当于子弹出膛速度的6倍
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在着陆巡视器距离火星10公里左右时 ， 打开携带的超音速降落伞
据专家介绍 ， 着陆巡视器进入气动减速段是最主要的减速阶段 。 进入火星大气时 ， 着陆巡视器的速度可达每秒4.8千米 ， 相当于子弹出膛速度的6倍 。 着陆巡视器进入火星大气后 ， 要进行升力体制导和展开配平翼 ， 以便更好地利用火星大气的阻力 ， 使陆巡视器防热大底和火星大气的不断摩擦来减速 。 经5分钟的减速之后 ， 着陆巡视器的速度下降到每秒460米 ， 速度降低将近90% 。
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当速度降至100米/秒时 ， 降落伞就基本完成了使命 ， 此后着陆巡视器把大底和背罩抛掉 ， 露出着陆平台和火星车
在着陆巡视器距离火星10公里左右时 ， 打开携带的超音速降落伞 。 在降落伞的帮助下 ， 着陆巡视器的速度下降到每秒100米以下 。 在这1分多钟的时间里 ， 火星大气层中风的速度和方向 ， 对落“火”的精度影响很大 ， 有些时候甚至影响落“火”安全 。
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在距离火星高度100米的时候 ， 借助降落发动机进行悬停
当速度降至100米/秒时 ， 降落伞就基本完成了使命 ， 此后着陆巡视器把大底和背罩抛掉 ， 露出着陆平台和火星车 。 平台上的7500牛变推力降落发动机开始点火工作 ， 进一步减小着陆巡视器的下降速度 ， 它用80秒把速度减小到3.6米/秒 ， 同时保持姿态稳定 ， 对地雷达随机开机 ， 并展开着陆缓冲机构的四条着陆腿 。
在距离火星高度100米的时候 ， 借助降落发动机进行悬停 ， 同时对火面进行成像 ， 然后挑选相对平坦的区域进行降落 。
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在最后的落“火”瞬间 ， 利用四条着陆腿里的缓冲吸能材料 ， 把着陆时的冲击力缓冲掉 ， 确保着陆巡视器平稳着陆在火星表面 。
在最后的落“火”瞬间 ， 利用四条着陆腿里的缓冲吸能材料 ， 把着陆时的冲击力缓冲掉 ， 确保着陆巡视器平稳着陆在火星表面 。
在整个落“火”过程中 ， 由于地火距离非常遥远 ， 使得地火通信延时单程超过17分钟 。 在落“火”过程中着陆巡视器和地面“指挥部”处于“失联”状态 ， 它需按照事先制定的预案 ， 自主完成进入、下降和着陆的这一系列极为复杂的动作 ， 不能有半点失误 ， 因为这个过程无法依靠地面进行实时的控制和干预 。
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蝴蝶状的火星车——“祝融号”
落“火”短短的9分多钟 ， 着实让人惊心动魄 ， 后续 ， 随着火星车展开深蓝色的翅膀 ， 缓缓驶下着陆平台 ， 蝴蝶状的火星车——“祝融号”将带着国人的期望与寄托 ， 在火星这颗红色的星球上展开科学探索 。
【大气|两器分离如何完成？航天八院专家解密“完美落火”背后风险点】(本文来自澎湃新闻 ， 更多原创资讯请下载“澎湃新闻”APP)
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