地球|自立自强，航天专家揭秘中国探火科技创新( 二 )

其次，在火面着陆与在月面着陆的另一个较大不同是，月球距离地球30万公里，信号的时延大约为1秒钟，因此在着陆的过程中，万一发生意外情况，我们地面飞行控制中心还是来得及干预的，所以我们准备了充分的月面着陆故障预案；但落火时，地火距离达3.2亿公里，时延长达约18分钟，也就是说，当我们看到环绕器传回地球的信息时，事情已经在约18分钟前发生了，肯定“无可挽回”了，即使准备再多的故障预案都使不上。
所以探火团队必须制定出万无一失的飞控方案。董捷说，在落火方案论证阶段，发现我们面临一个困难：按常规的“弹道”进入方式，由于火星大气密度低，进入舱开伞点的高度可能偏低，而降落伞减速和动力减速都需要一定的高度，所以必须满足这个高度约束。为此，专家们提出了基于配平翼的“弹道-升力式”进入方案，这一新的进入方式是自主制导的控制方式，可以控制升力的方向。在气动减速阶段，进入舱外形是对称平衡的，通过预设的质心偏移，使进入舱在舱体的轴线和飞行的速度方向间产生一个夹角，使进入舱得到一个额外的气动升力。在飞行到预定的高度后，打开配平翼，通过气动力矩的变化使这个夹角恢复回零，为降落伞开伞提供比较好的姿态。由于配平翼设置在进入舱产生力矩最大的位置，所以它起到了“四两拨千斤”的作用，这是配平翼方案首次应用到人类航天器的在轨飞行。
如果不采用配平翼，怎么才能解决气动力不平衡的问题呢？董捷说，美国人采用的办法是先后2次共抛掉约150公斤配重块。而我们进入舱没有这么多质量资源可以“浪费” ，我们要把宝贵的质量资源让给进入舱携带的仪器设备。
进入舱到达预定马赫数后，立即打开为落火特制的降落伞。可别小看了火星降落伞的难度，虽说通过神舟载人飞船、嫦娥探月三期月球采样返回飞船的研发，我国已掌握了多种返回地球大气层的降落伞，但火星的大气非常稀薄，开伞的充气形状高频变化、冲击载荷大，因此进入地球大气层的降落伞型并不适用火星。欧空局与俄罗斯联合研制的ExoMars 2022火星探测器，就因降落伞设计缺陷导致延期发射。
为此，航天五院的专家针对进入舱落火时大阻力系数气动外形在跨超声速段固有的不稳定性，新研发了具备能在超音速时快速开伞的锯齿形前端构形、V型双层结构加强带“盘-缝-带”伞。进入地球大气层的降落伞的打开方式是连续完成拉出引导伞、减速伞、主伞的动作；而进入舱使用的降落伞没有引导伞，必须在约2倍火星音速时直接打开用于减速的降落伞。考虑到伞刚打开时进入舱会出现摆动，研发团队还在地球上进行了仿真模拟试验和针对性设计，保证了器上所有设备即使在角速度达到800°/秒的极限状态时，仍能精准无误运行。
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“对我来说， 5月15日早晨7点58分，这一时刻有着特殊的意义。按预设的程序，这一刻进入舱应该着陆火面。但因为信号有18分钟的延时，地球时间到了，遥测信号还在路上。 ”董捷说， “18分钟以后，遥测信号终于回来了，我心中的一块石头落了地，但我不能欢呼，我必须先向北京航天测控中心报告。待北京中心确认后对全区广播，我们测控中心大厅里才一片欢呼。 ”
“天问一号”的进入舱，与我们之前登月的“嫦三”“嫦四”登月舱有什么区别呢？火星车总体主任设计师陈百超告诉采访人员， “天问一号”要一次性完成“绕、着、巡”的任务，因此，进入舱的质量尽可能轻一些，以尽可能地将有效载荷让给火星车和它搭载的科学载荷。因此，进入舱没有携带太阳翼。而“嫦三”“嫦四”着陆器随身携带太阳翼，它能在月面持续保持工作状态。没有太阳翼的进入舱落地后，它的电力主要源于携带的电池，所以必须在几个小时内自主完成落火后的一系列工作，而不能等待建立与地球测控中心的联系后再由地面发出指令。