“黑暗9分钟”里，谁是它的“引路人”

　　5月15日7时18分，天问一号探测器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区，我国首次火星探测任务着陆火星取得成功。天问一号探测器着陆火星，迈出了我国星际探测征程的重要一步，实现了从地月系到行星际的跨越，在火星上首次留下中国人的印迹，是我国航天事业发展的又一具有里程碑意义的进展。

　　天问一号探测器的火星探索之旅并不容易。而这一次的着陆，是火星探测“绕、落、巡”三项目标任务中，最难的一步。此前全世界已进行的21次火星着陆任务中，只有9次成功。

　　着陆火星为何如此艰难？四川智慧如何当好“引路人”？如何保证“平安”信息的高效接收？记者第一时间采访了参研专家。

　　“黑暗9分钟”

　　●着陆巡视器从穿过火星大气层到软着陆在火星表面，超音速飞行的着陆巡视器挤压大气产生电离，会出现“黑障”现象，造成通信中断，在北京的飞控中心无法掌握其降落情况，短短9分钟内，着陆巡视器必须及时、精准地自主执行近千个指令步骤

　　当好“引路人”

　　●从天问一号探测器降轨机动前的17个小时开始，佳木斯深空测控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过程，以及落火后的初期工作等指令

　　●降轨机动前约8小时，飞控中心向天问一号探测器注入大气进入初始点和导航数据等关键指令，引领着陆巡视器完成避障并安全着陆

　　着陆火星为何这么难

　　因为地球和火星之间距离太远，而过程又太短暂，人工无法直接干预，需要探测器“自行安排”

　　天问一号探测器由环绕器和着陆巡视器组成，着陆火星后着陆巡视器又分体为着陆器和巡视器两部分，巡视器就是前段时间公布名称的祝融号火星车。

　　15日凌晨1时许，天问一号探测器在停泊轨道实施降轨，机动至火星进入轨道。4时许，着陆巡视器与环绕器“告别”。天问一号的EDL之旅（着陆巡视器着陆火星的过程，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是“EDL”），从这里开始。

　　“器-器分离后，着陆巡视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4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。每个环节必须确保精准无误，差一秒都可能造成整个任务的失败。”航天科技集团五院天问一号探测器总设计师孙泽洲说。

　　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。

　　天问一号探测器和地球之间信息打一个来回要36分钟左右。而飞近地轨道的航天器，通信时延仅在1秒左右，一旦出现紧急情况可及时“抢救”。

　　航天器以什么姿态飞行、什么时间点火、工作多长时间、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，着陆巡视器还会经历“杳无音信”的“黑暗9分钟”。着陆巡视器从穿过火星大气层到软着陆在火星表面，速度从约2万千米/小时降至0米/小时。超音速飞行的着陆巡视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”。而短短9分钟内，着陆巡视器必须及时、精准地自主执行近千个指令步骤。

　　同时，火星即时的大气密度、气压、风速等关键信息没法知道，这也是一半以上着陆任务失败的主要原因。

　　提前17个小时注入指令

　　佳木斯66米深空测控站为天问一号探测器落火提前注入指令，进行轨道和导航控制

　　没法实时控制，怎么办？这就需要提前为天问一号探测器注入导航信息和动作指令。

　　在川央企中国电子科技集团公司第十研究所深度参与了这个过程。其承研的佳木斯66米深空测控站作为这次任务中的重要测控站点，为天问一号探测器落火提前注入指令，进行轨道和导航控制。

　　十所高级工程师、我国首次火星探测任务佳木斯深空测控设备总设计师杜丹介绍，5月14日，从天问一号探测器降轨机动前的17个小时开始，佳木斯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，佳木斯深空站采用DOR干涉测量技术与其他深空站协同完成轨道测量，形成轨道预报，提供飞控中心连续数天进行降轨参数的反复试算，确定天问一号探测器进入火星大气层的初始点位置。

　　降轨机动前约8小时，飞控中心向天问一号探测器注入大气进入初始点和导航数据等关键指令，引领着陆巡视器完成避障并安全着陆。

　　掌握着陆巡视器落火工况

　　团队创造性地提出“数据慢帧优化处理技术”，实现了落火阶段极低码率数传信号的接收

　　着陆巡视器落火后，要第一时间与地面建立联系，给地球老家“报平安”。由于地火距离太远，信息传送功率受限，火星车和地面之间数据传输的速率极低。

　　落火后，佳木斯深空测控站首次接收信号的时间仅约20分钟。这段时间里，着陆巡视器传送的数据帧最多不超过10帧。而这10帧数据，对地面来说又至关重要。根据这些信息可在第一时间判断着陆巡视器生存和工作状态。

　　传统的遥测数传遥测接收中，前面几帧数据主要用于搜索和校验，不能产生有效信息。如何把这10帧数据尽可能利用起来，以获取尽可能多的落火初始阶段的着陆巡视器信息，成为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“数据慢帧优化处理技术”，实现了落火阶段极低码率数传信号的接收。首帧信息在完成同步/校验的基础上，还能作为有效数据，解调、输出、上报，这样就一帧不浪费地为飞控中心提供了全部可获得的着陆巡视器落火工况信息。

　　后续，祝融号火星车将依次开展对着陆点全局成像、自检驶离着陆平台并开展巡视探测。而环绕器则在器-器分离约30分钟后执行了升轨机动，返回到停泊轨道，为着陆巡视器EDL过程及火星车火面初期工作提供中继通信，同时探测火星空间环境、大气层、地表。（四川日报全媒体记者徐莉莎）