2分钟看天问一号着陆火星（视频来源人民日报）

今早，“天问一号”火星探测器成功着陆火星的消息令人振奋。5月15日，我国首次火星探测任务天问一号探测器在火星乌托邦平原南部预选着陆区着陆，在火星上首次留下中国印迹，迈出了我国星际探测征程的重要一步。我国成为继美国和前苏联之后，世界上第三个成功登陆火星表面的国家。

火星探索并非易事，此次着陆火星，在火星探测“绕、落、巡”三项目标任务中，是最难的一步。众所周知，“天问一号”是由着陆-巡视器与环绕器组成，落火之后着陆-巡视器就分体为着陆器和巡视器两部分，巡视器就是前段时间刚刚公布名称的“祝融号”火星车。

“黑暗9分钟”：着陆火星为何这么难？

天问一号在近火点（离火星最近点）之前的6小时，首先会执行降轨机动，离开停泊轨道转入进入轨道。3小时后，着巡器会与环绕器两部分互相“告别”。天问一号的EDL旅程，就从这里开始。（着巡器着陆火星的过程，总共分三步：第一步是“进入”，第二步是“下降”，第三步是“着陆”，把它们的英文首字母连起来就叫“EDL”。）

和环绕器告别后，着巡器采用弹道式进入火星大气层；通过高速气动减速、降落伞展开减速、反推动力减速以及着陆缓冲四个环节，经过一系列复杂的高动态机动动作，软着陆火星表面。这是火星探测中难度最大、风险最高的飞行阶段，也是下降段任务的最大难点之一。

为什么这个过程这么难？因为地球和火星之间距离太远，而过程又太短暂。

平时我们飞近地轨道的航天器，因为距离近，通讯时延仅在1秒左右，一旦出现紧急情况可以及时“抢救”。而对于火星探测这样的超远距离星际探测，天问一号和地球之间信息打一趟来回要36分钟左右。

航天器以什么姿态飞行，什么时间点火、工作多长、什么时候关机，出现问题如何处置，人工无法直接干预，都需要探测器“自行安排”。

不光没法实时控制，着巡器还会经历“杳无音信”的“黑暗9分钟”。着巡器从穿过火星大气层到软着陆在火星表面，速度会从4.8千米/秒减到接近于0，而整个减速过程大约9分钟。短短9分钟内，着巡器必须及时、精准地自主执行近千个指令步骤。同时，超音速飞行的航天器挤压大气产生电离，会出现“黑障”现象，造成通信中断，影响航天器与地表的通信，在北京的飞控中心无法掌握其降落情况。这个9分钟就是航天人口中的“黑暗时刻”。

同时，我们没法知道火星即时的大气密度、气压、风速等关键信息，航天器一头扎进不可确知的大气环境。这也是一半以上着陆任务失败的主要原因。

成都团队助力闯关

为了解决这一难题，我们需要提前为航天器注入导航信息和动作指令。

来自成都的天奥（十所）团队就深度参与了这个过程。其承研的佳木斯66米深空站作为这次任务中的重要测控站点，为天问一号落火提前注入指令，进行轨道和导航控制。

据了解，5月14日，从“天问一号”降轨机动前的17个小时开始，佳木斯66米深空站就连续不断地向它发送延时指令，其中包括降轨机动、器器分离、升轨机动及EDL（进入、下降和着陆）过程，以及落火后的初期工作等指令，为安全着陆和火面巡视工作提供有力保障。

为了安全着陆，探测器EDL过程中的导航信息至关重要，天奥（十所）团队采用DOR（差分单向测距）等方式与其它深空站协同进行干涉测量形成轨道预报，经过连续数天降轨参数的试算确定大气进入初始点位置，降轨机动前约8小时，在佳木斯深空站测控弧段内，地面注入大气进入初始点和导航数据等关键指令，引领着巡器完成避障并安全着陆。

获取更多宝贵信息 数据慢帧处理策略优化

由于地火距离遥远，信息传送功率受限，数据传输速率数率极低，在成功落火后，首次可见弧段仅约20分钟，着巡器传送的数据帧最多不超过10帧，地面根据这些信息在第一时间判断其生存和工作状态。传统的遥测数传遥测接收中，前面几帧数据都是用于同步、校验等工作，并不是有效数据不能产生有效信息。

如何能把这宝贵的10帧数据全部有效利用以获取尽可能多的落火初始阶段着陆-巡视器的重要宝贵信息，成为天奥（十所）研发团队要解决的重要技术难题之一。经过理论攻关和上百次试验验证，团队创造性地提出了提出了“数据慢帧优化处理机制”，实现了落火阶段极低码率数传信号的接收，能做到信息首帧即完成同步/校验及有效数据解调输出上报，这样就1bit不浪费地为飞行控制中心提供了全部可获得的着陆-巡视器落火工况信息。

（文章综合：川观新闻 封面新闻）

版面编辑：何佳昕

责任编辑：何静