登陆火星，美国毅力号的“死亡7分钟”

本文来自微信公众号：果壳（ID：Guokr42），作者：太空精酿，原文标题：《死亡七分钟！毅力号明天凌晨登陆火星》，题图来自：视觉中国

天问一号发回的首张近距离火星照片 | CNSA

火星，太阳系里的那颗红色行星，最近宾客盈门。

先是2月9日，阿联酋的希望号探测器抵达火星，制动进入环绕轨道。

1天后，中国的天问一号也顺利泊入环火轨道。虽然携带了着陆器和巡视器，但天问一号要先对火星勘察大约3个月，然后才会择机登陆火星。

而北京时间明天凌晨，美国的毅力号也将抵达火星。与希望号和天问一号不同，毅力号不会环绕火星，而是会直接降落。

于是，2021年首场登陆火星大戏，将由毅力号火星车上演。

毅力号还携带了机智号无人机，这将是直升机技术在地球以外的首次应用  | NASA

黑色七分钟

登陆火星，绝非易事。

火星拥有大气，因此着陆器可以像在地球一样，使用空气阻力和降落伞结合的方式来减速。但火星大气十分稀薄，平均密度不足地球的1%。降落伞所能减到的最终速度依然很大，必须通过主动的动力制动减速，才能安全降落到火星表面。

根据着陆地区高度和地貌的不同，从进入火星大气层到最后落地，着陆器登陆火星的过程总时长仅为7分钟～8分钟。

毅力号着陆的过程包括1000多个动作，这一切需要在7分钟左右精准完成 | NASA

而此时此刻，火星距离地球超过2亿千米，从地球到火星单程通信时延超过11分钟。这意味着，着陆器登陆火星的过程不可能由地球上人工控制，只能依靠着陆系统自主完成。

因此，登陆火星的过程又被描述为“黑色七分钟”，甚至“死亡七分钟”。

毅力号将直奔火星 | NASA

在抵近火星后，火星车会最后一次与地球通信，确保各系统正常工作。随后，提供通信和动力的模块脱离，火星车将直奔火星大气层而去。

在此过程中，姿态控制喷气发动机将开始工作，严格控制着陆轨迹的角度与方向。如果角度过大，闯入大气层产生的热量就会超过隔热层的极限，着陆器会烧毁；如果角度过小，着陆器则像打水漂一般会滑入深空，错过这唯一一次登陆火星的机会。

角度调整完毕，受到保护的火星车在火星上空约100千米处径直闯入火星大气层，速度超过5000米/秒。

“死亡七分钟”正式开始！

被严密保护中的毅力号冲进火星大气  | NASA

层层减速

距离火星表面45千米高度，火星车隔热层的热量达到巅峰，温度将达到惊人的2100℃。

在内部高科技保护和外部隔热层的巨大牺牲下，火星车所处的温度仅为10℃左右。

在这个过程中，大气也帮着陆器实现了减速效果，将它的速度降到450米/秒左右。

毅力号打开降落伞 | NASA

距离火星表面11千米高度，着陆器将打开巨大的降落伞，直径15米，高50米，是人类在其他行星上用过的最大降落伞。

降落伞撑开75秒后，火星车的速度终于降到了仅有90米/秒。

这已经是隔热大底和降落伞拼尽全力工作的极限，但依然快得足以让火星车摔得粉身碎骨。

还不够慢，需要进一步减速。

三代火星车尺寸对比，毅力号的大小与图中最右的好奇号相同  | NASA

这最后一步减速，不同的火星车可谓各显神通。

NASA的第一代旅居者号火星车，个头只有微波炉大小，以验证技术为主，由探路者号着陆器携带着降落到火星表面。

勇气号和机遇号火星车，型超过200千克，携带的仪器相对复杂，采用火箭反推和气囊弹跳完成最后的减速。

而毅力号，体型跟好奇号相当，重量超过900千克，必须动用NASA的行星着陆最高科技才有可能安全登陆火星。

这种黑科技，称为空中吊车。

空中吊车助毅力号最终减速 | NASA/JPL

空中吊车

空中吊车在2012年好奇号登陆火星时首次亮相，惊艳世人。毅力号火星车将使用同样的空中吊车技术，完成登陆火星的最后一步减速。

在与降落伞脱离之后，安装在毅力号上方的空中吊车将启动8枚强力反冲火箭，将降落速度减至几乎为0。这个过程中，火星车会被空中吊车护在中心。

靠近地面时，空中吊车低空悬停，用三根最长可达7.5米的尼龙绳将火星车悬吊下来。另外有一根“脐带”电缆与火星车相连，负责信号和控制指令的传输。

空中吊车技术帮助毅力号完成登陆火星的最后一步 | NASA/JPL

火星车的结构和动力系统逐渐展开，底部传感器通过“脐带”向空中吊车报告实时状态。一旦感应到火星车稳定触地，尼龙绳和电缆会在瞬间被切断。完成任务的空中吊车会用尽所有的能量，有多远飞多远，最终坠毁在远方。

整个过程就相当于把一辆家用小轿车从迪拜塔上扔下来后，中途启动空中吊车，悬停避障并稳稳地把小轿车安放在地，同时还不触发轿车的防盗报警系统。

难度之大，可想而知。

毅力号空中吊车技术会进行进一步升级 | NASA

不仅如此，由于毅力号的预定着陆区域处在远古河流的三角洲区域，地形地貌复杂，它的空中吊车还集成了高度智能，能够自主规避风险区域，选择最优路径，将火星车放到最理想的地点。

如果说好奇号的空中吊车可以将它从迪拜塔安全“扔到”地面上，那毅力号的空中吊车则可以将它精准“扔到”停车位里。

毅力号火星车的预定登陆地点 | NASA/ESA/Justin Cowart

如果一切顺利，北京时间明天凌晨4点55分，毅力号将降落在火星杰泽罗陨击坑内一处明显的三角洲冲积扇附近。

数十亿年前，这里曾是一片泽国。如果火星上真的出现过生命，这里应该最有希望能够找到远古生命的遗迹。这也正是毅力号火星车前往那颗红色星球的首要目标之一。

预祝毅力号登陆火星成功！

本文来自微信公众号：果壳（ID：Guokr42），作者：太空精酿