澳科大助力国家「天问一号」火星着陆任务

「天问一号」着陆火星刷新多项世界纪录

北京时间2021年5月15日，「祝融号」火星车发回遥测信号确认，「天问一号」着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部候选区域。我国首次自主火星探测任务取得重大胜利，成功实现了从地月系统到太阳系行星系统的跨越，使我国行星探测领域进入世界先进行列。「天问一号」成功登陆火星一举刷新了多项世界纪录，首次自主探火凭借5吨级规模成为人类进入火星轨道的最大吨位探测器；首次自主探火即成功登陆火星；首次自主探火即一步实现绕与落，巡视火星更是指日可待。与「祝融号」火星车遥相呼应的还有月球背面的「玉兔二号」月球车，我国成为全世界第一个在两颗地外天体同时拥有巡视器的国家。

澳科大助力火星着陆

澳科大荣休校长许敖敖表示，中国是全球第二个成功着落火星的国家，与嫦娥五号月球取样返回共同标志着祖国已从航天大国步入了航天强国。大学早于2016年，天问一号火星探测立项的当年已开始助力，张荣桥总设计师当时率科学工程团队来澳科大访问，与当时的中科院境外唯一的重点实验室澳门科技大学月球与行星科学实验室—中国科学院月球与深空探测重点实验室伙伴实验室签订了一份合作协议，由澳科大负责与航天科技集团签订研制天问一号航天器的着落前的拍摄相机，并由研究火星沙尘暴的陈烱林教授和博士后张迅与等直接参与商讨研制计划。许教授对于本次任务成功表示热烈祝贺。

澳科大月球与行星科学国家重点实验室主任张可可讲座教授形容火星探测风险高，难度大。火星登陆过程包括「进入、减速、着陆」三大环节。登陆过程从进入火星大气层，到着陆火星表面，探测器需要在约9分钟时间内从初速度约4.8公里/秒逐步减速到0。由于通信延迟，着陆过程中的所有步骤都需要探测器自主完成。火星着陆过程凶险无比，从1960年人类第一次尝试发射火星探测器到祝融号之前，一共有16次火星着陆任务成功进入了火星大气层，但只有美国的8次任务成功着陆并顺利开展探测工作——近一半的失败率让这颗红色星球至今还保有「探测器坟场」的称号。

火星大气环境对探测器「进入、减速、着陆」过程的影响至关重要，直接关系到着陆任务的成败。目前对火星大气状况的观测资料非常有限。为解决大气环境分析中的关键技术难题，中国空间技术研究院总体设计部之前通过多工况模拟分析、调研对比、出访交流等工作，确定了火星大气环境设计条件。澳科大月球与行星科学国家重点实验室周剑超助理教授领导的团队利用高解析度数值模式进行了火星大气条件的数值模拟和分析工作，对总体部确定的大气环境条件进行了覆核，覆核结果与原设计结果符合较好，为保障火星着陆任务成功，提高任务可靠性做出了贡献。同时，周剑超助理教授和团队的肖静博士后分析了预选着陆区因不同尺度动力过程和地形而出现的大气环流日内变化，并提议「天问一号」着陆器的最优着陆时间为当地时间中午到14时以前。在这段时间着陆区的大气环流比较稳定而风速亦相对较弱。最终着陆器也在这段时间成功降落。中国空间技术研究院代表在2021年全国人大会议上的发言肯定了实验室为中国首次火星探测计划所做的贡献。。

此外，澳科大还承担了火星环绕器工程测量分系统可分离遥测探头研制生产，资料处理及分析工作。在火星环绕器与着陆巡视器分离时，可分离遥测探头用于火星环绕器与着陆巡视器分离状态工程测量以及火星环绕器本体回拍工程测量。在火星探测任务中，可分离遥测探头工作正常，成功完成了预定任务目标。

澳科大承担火星资料分析任务

澳门科技大学设有「月球与行星科学国家重点实验室」，是国家在天文与行星科学领域的首个国家重点实验室（简称实验室）。此外，国家航天局澳门太空探索与科学中心亦在澳门科技大学挂牌（简称中心）。实验室/中心的主要目标之一是为中国深空探测提供科学支撑。早在2017年至2018年，澳门科技大学就在珠海承办「首次火星探测任务有效载荷探测技术和资料处理」第一次和第二次学术研讨会，推动工程与科学对接，为火星任务科学研究做好先期准备。在「天问一号」发射之前，实验室研究人员徐懿助理教授带领团队在地球上的火星基地柴达木盆地展开了火星地貌模拟研究，为火星次表层结构和地下水冰资源探测提供了重要的参考。在「天问一号」飞往火星过程中，实验室研究人员张小平副教授研究团队与火星能量粒子分析仪载荷团队紧密合作，对获取资料进行了系列分析，保证了探测资料的可靠性。

实验室主任张可可讲座教授表示，实验室多位科研人员参与了火星相关研究，目前实验室/中心已完成或在研的火星研究项目11项。在澳门科学技术发展基金，国家自然科学基金，国家航天局民用航天「十三五」技术预先研究项目资助下，研究人员将进一步利用「天问一号」探测器获取的原始资料，在火星地形地貌、矿物反演、浅表层结构及水冰探寻、天体生物学、表面辐射环境、大气及沙尘气候、内部结构、磁场及空间环境等方面开展工作，保证首次火星探测任务「早出成果、多出成果、出好成果」，为国家的火星探测任务做出新的贡献。

中国「天问一号」着陆器进入-下降-着陆过程(EDL)过程示意图
(图片来源：https://imagepphcloud.thepaper.cn/pph/image/115/230/682.jpg)

澳门科技大学月球与行星科学国家重点实验室
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