天問一號將于近期擇機實施著陸

中國首次火星探測任務(wù)天問一號探測器自2020年7月23日發(fā)射以來，各系統(tǒng)工作正常。2021年2月10日，天問一號探測器進入環(huán)火軌道，開展科學(xué)探測工作，獲取了大量科學(xué)數(shù)據(jù)。根據(jù)目前飛行情況，天問一號探測器擬于北京時間5月15日凌晨至5月19日期間擇機著陸于火星烏托邦平原。

天問一號為什么會多等三個月呢?

Part.1

組成分工有不同

天問一號由環(huán)繞器、著陸平臺和火星車三件套組成，環(huán)繞器進入環(huán)火星軌道之后可以一直帶著著陸平臺和火星車飛行(兩個合稱為著陸巡視組合體，都塞在氣動外罩里面)，有充足的時間來選擇合適的著陸時機。

而NASA的毅力號沒有環(huán)繞器，用的是一個巡航級帶著氣動外罩(里面塞著火星車)飛往火星，也沒有進入環(huán)火星軌道的設(shè)計。等飛到了火星附近，巡航級一扔，無枝可依的氣動外罩只能立刻扎進火星大氣層開始著陸，沒法等待。

倒也不是說毅力號不需要環(huán)繞器，主要是NASA正在工作的火星環(huán)繞器就有好幾艘，既能完成各種火星在軌科學(xué)探測，也足夠給火星車做通訊中繼，所以這次不帶也沒關(guān)系。

而天問一號是我國第一個自主的火星任務(wù)，在火星沒有“接應(yīng)”，當(dāng)然要自己多帶點裝備了。自給自足，自力更生!

Part.2

考察地形要工夫

入軌之后的天問一號可真的沒閑著。相信我，這都是為了祝融號的安全，磨刀不誤砍柴工啊。

它先是花了半個月時間多次調(diào)整軌道，讓自己“觀察”火星時的距離更近一些，視角更好一些;然后是仔仔細(xì)細(xì)考察火星地形，拍攝高清照片，為火星車考察著陸區(qū)地形。

這時候你可能要問了，這不對吧，為什么別的火星環(huán)繞器已經(jīng)拍攝了海量照片，天問一號還要花時間自己拍照探測地形、確認(rèn)著陸區(qū)呢?這是因為，照片和照片，也不一樣。

在拍攝距離相同的情況下，探測器分辨率低的相機可以一次拍攝很大一片區(qū)域(或者說圖幅更寬)，而分辨率高的相機拍攝只能拍攝很小一片區(qū)域。分辨率和覆蓋率，是探測器拍照永恒的矛盾。

以目前拍攝火星的主力探測器，NASA的火星勘測軌道飛行器(MRO)為例，MRO探測器有兩個相機：在300公里高處，中分辨率相機CTX可以拍攝6米/像素的火星照片，每張照片能囊括火星表面30公里寬的區(qū)域;而高分辨率相機HiRISE可以拍攝高達約0.5米/像素的高清照片，每張照片只能拍出6公里寬的區(qū)域。

結(jié)果就是，饒是MRO這樣從2006年就開始工作，至今已經(jīng)兢兢業(yè)業(yè)給火星拍了15年照片的勞模，也只有中分辨率的CTX影像幾乎覆蓋火星全球，而高分辨率的HiRISE影像才只覆蓋了零星一些地方。一言以蔽之，對火星來說，現(xiàn)有的米級高分辨率影像覆蓋量還是太少了，只能優(yōu)先滿足想要重點考察的地區(qū)。

毅力號著陸之前，NASA已經(jīng)花費很長時間為備選著陸區(qū)積累高分辨率影像數(shù)據(jù)(詳見：NASA毅力號成功著陸火星!它會在哪里尋找火星生命?

https://mp.weixin.qq.com/s/DbyNr2-TvkEn5W6FLb5EVA)，也就是說，毅力號在出發(fā)之前就已經(jīng)手握一份著陸區(qū)高清地圖了。

而天問一號呢?天問一號計劃在火星烏托邦平原里尋找著陸區(qū)，但這么大一片平原里隨便拎出來一塊地兒，HiRISE影像的覆蓋范圍是這樣的。我們要是想去現(xiàn)有的火星高分辨率影像數(shù)據(jù)庫沒覆蓋到的地方，或者雖然已經(jīng)有影像覆蓋，但照片還不夠多，成像質(zhì)量不夠滿意的地方，就還是得靠自己拍呀。

這是天問一號今年3月傳回的兩張高分辨率相機拍攝的影像，分辨率0.7米/像素(@ 330-350公里高度)，能看出大量地形地貌細(xì)節(jié)。與周圍已有的HiRISE影像相比，天問一號高分相機的成像質(zhì)量相當(dāng)，完全能夠滿足為火星車考察著陸區(qū)的需要。

Part.3

靜候“天機”觀氣象

安全著陸火星，除了要選擇地形平坦無障礙的著陸區(qū)，還要選擇合適的“天機”，因為火星的沙塵暴吧，還真挺要命的。

1971年蘇聯(lián)火星2號和火星3號抵達火星時，就好巧不巧正趕上火星全球性的沙塵暴。結(jié)果不僅環(huán)繞器沒拍到啥東西，釋放的兩組著陸器和火星車最終也沒能順利展開工作。

尤其是對祝融號這樣使用太陽能供電的火星車，更是得比用核電池的毅力號更加謹(jǐn)慎一些才行。畢竟沙塵暴阻擋的太陽光，可是祝融號的生命之源。

2018年6月(火星當(dāng)年的北半球秋冬之際)，火星經(jīng)歷了一場全球性的大型沙塵暴，使用核電池的好奇號火星車平安挺過，使用太陽能的機遇號火星車不幸結(jié)束任務(wù)。

如何盡可能減少沙塵暴的影響?惹不起，躲得起啊。

1)一方面是總結(jié)過去的火星氣象數(shù)據(jù)，尋找歷史上沙塵暴低發(fā)的時期。

這是1996年到2013年(即火星年23-31)間，火星全球探勘者號(MGS)和火星勘測軌道飛行器(MRO)兩個環(huán)繞器觀測的沙塵暴記錄。可以看到火星的沙塵活動集中在下半年，北半球在春夏期間最為寧靜。從春分到夏至正中間開始的6個地球月里，北半球歷史上沒有發(fā)生過沙塵暴。

今年這個火星年(2021-2022年，一個火星年約等于2個地球年)，北半球的春分發(fā)生在2021年2月7日，夏至發(fā)生在2021年8月25日，兩個時間點中間，就是5月中旬了。對于計劃著陸在火星北半球烏托邦平原的祝融號來說，等到5月中下旬再降落，最為穩(wěn)妥。

2)另一方面就是利用現(xiàn)有的火星探測器遙感數(shù)據(jù)(主要是亮溫和陽光透射率數(shù)據(jù))和著陸區(qū)的實際位置、地形情況，對計劃著陸區(qū)做氣象預(yù)報。提前避開大的沙塵暴，尋找將來哪個時間段氣候更宜降落。當(dāng)然，這種基于遙感數(shù)據(jù)的預(yù)報只是模型和統(tǒng)計結(jié)果，并不是確定性預(yù)報，無法精確到火星某個地點幾點幾分一定有啥氣象變化。

這是毅力號項目組針對位于北半球的杰澤羅撞擊坑區(qū)域(毅力號著陸區(qū))春分時期所做的氣象預(yù)報，內(nèi)容包括表面氣壓、表面溫度、大氣溫度、風(fēng)速、風(fēng)向、大氣密度等多個方面。這些都是毅力號判斷著陸時機的參考。(毅力號著陸于2021年2月18日，春分剛過)