天問一號(hào)將于近期擇機(jī)實(shí)施著陸

中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)天問一號(hào)探測(cè)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(hào)探測(cè)器進(jìn)入環(huán)火軌道，開展科學(xué)探測(cè)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(hào)探測(cè)器擬于北京時(shí)間5月15日凌晨至5月19日期間擇機(jī)著陸于火星烏托邦平原。

天問一號(hào)為什么會(huì)多等三個(gè)月呢?

Part.1

組成分工有不同

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

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

倒也不是說毅力號(hào)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(cè)，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(hào)是我國(guó)第一個(gè)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(diǎn)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(hào)可真的沒閑著。相信我，這都是為了祝融號(hào)的安全，磨刀不誤砍柴工啊。

它先是花了半個(gè)月時(shí)間多次調(diào)整軌道，讓自己“觀察”火星時(shí)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(shí)候你可能要問了，這不對(duì)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(hào)還要花時(shí)間自己拍照探測(cè)地形、確認(rèn)著陸區(qū)呢?這是因?yàn)?，照片和照片，也不一樣?/p>

在拍攝距離相同的情況下，探測(cè)器分辨率低的相機(jī)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(jī)拍攝只能拍攝很小一片區(qū)域。分辨率和覆蓋率，是探測(cè)器拍照永恒的矛盾。

以目前拍攝火星的主力探測(cè)器，NASA的火星勘測(cè)軌道飛行器(MRO)為例，MRO探測(cè)器有兩個(gè)相機(jī)：在300公里高處，中分辨率相機(jī)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(jī)HiRISE可以拍攝高達(dá)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(duì)火星來說，現(xiàn)有的米級(jí)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(diǎn)考察的地區(qū)。

毅力號(hào)著陸之前，NASA已經(jīng)花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)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(hào)成功著陸火星!它會(huì)在哪里尋找火星生命?

https://mp.weixin.qq.com/s/DbyNr2-TvkEn5W6FLb5EVA)，也就是說，毅力號(hào)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(hào)呢?天問一號(hào)計(jì)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(kù)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(hào)今年3月傳回的兩張高分辨率相機(jī)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(hào)高分相機(jī)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(jī)”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(jī)”，因?yàn)榛鹦堑纳硥m暴吧，還真挺要命的。

1971年蘇聯(lián)火星2號(hào)和火星3號(hào)抵達(dá)火星時(shí)，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(duì)祝融號(hào)這樣使用太陽(yáng)能供電的火星車，更是得比用核電池的毅力號(hào)更加謹(jǐn)慎一些才行。畢竟沙塵暴阻擋的太陽(yáng)光，可是祝融號(hào)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(chǎng)全球性的大型沙塵暴，使用核電池的好奇號(hào)火星車平安挺過，使用太陽(yáng)能的機(jī)遇號(hào)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(shí)期。

這是1996年到2013年(即火星年23-31)間，火星全球探勘者號(hào)(MGS)和火星勘測(cè)軌道飛行器(MRO)兩個(gè)環(huán)繞器觀測(cè)的沙塵暴記錄?？梢钥吹交鹦堑纳硥m活動(dòng)集中在下半年，北半球在春夏期間最為寧?kù)o。從春分到夏至正中間開始的6個(gè)地球月里，北半球歷史上沒有發(fā)生過沙塵暴。

今年這個(gè)火星年(2021-2022年，一個(gè)火星年約等于2個(gè)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(gè)時(shí)間點(diǎn)中間，就是5月中旬了。對(duì)于計(jì)劃著陸在火星北半球?yàn)跬邪钇皆淖Ｈ谔?hào)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(cè)器遙感數(shù)據(jù)(主要是亮溫和陽(yáng)光透射率數(shù)據(jù))和著陸區(qū)的實(shí)際位置、地形情況，對(duì)計(jì)劃著陸區(qū)做氣象預(yù)報(bào)。提前避開大的沙塵暴，尋找將來哪個(gè)時(shí)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(bào)只是模型和統(tǒng)計(jì)結(jié)果，并不是確定性預(yù)報(bào)，無法精確到火星某個(gè)地點(diǎn)幾點(diǎn)幾分一定有啥氣象變化。

這是毅力號(hào)項(xiàng)目組針對(duì)位于北半球的杰澤羅撞擊坑區(qū)域(毅力號(hào)著陸區(qū))春分時(shí)期所做的氣象預(yù)報(bào)，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(gè)方面。這些都是毅力號(hào)判斷著陸時(shí)機(jī)的參考。(毅力號(hào)著陸于2021年2月18日，春分剛過)