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恐怖的7分钟里毅力号如何着陆火星？火星软着陆方式有哪些？

北京时间2月19日凌晨4时55分，美国“毅力”号火星车经过6个多月的飞行，成功着陆在火星表面的耶泽罗陨石坑，正式开启探测之旅。
作为NASA耗资27亿美元的“火星2020”任务的绝对主角，“毅力”号是如何着陆火星的？火星探测器在火星软着陆的方式主要有哪些？
恐怖的7分钟里毅力号如何着陆火星？火星软着陆方式有哪些？
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美国“毅力”号火星车在火星着陆的过程示意图。 本文图片均由新华社发（美国航天局供图）“空中起重机”式着陆“毅力”号是NASA第5辆火星车，也是NASA第9次着陆火星。作为NASA耗资27亿美元的“火星2020”任务的绝对主角，“毅力”号的着陆火星方式和2012年的“好奇”号火星车相同，都采用了“空中起重机”。
从地球到火星，“毅力”号需要飞行203天、4 .72亿公里。当抵达火星大气层顶部，“火星2020”任务开始执行进入、下降与着陆阶段（EDL）的任务，此时航天器的飞行速度达到每小时19500公里。“毅力”号进入火星大气后，与大气摩擦达到约1300摄氏度的温度峰值。
在EDL期间，“距离触发”技术计算航天器与着陆目标的距离，根据导航位置自动更新降落伞的合理打开时间，以此形成更小、更精确的目标着陆区域。NASA表示，采用新技术后，“毅力”号的着陆区域比2012年的“好奇”号火星车小了10倍，比1997年第一辆火星车“旅居者”号小了近300倍。
航天器进入火星大气约240秒后，直径21.5米的降落伞打开，此时距离火星表面高度约11公里，速度约每小时1512公里。
降落伞展开20秒后抛离隔热罩，雷达和摄像机为另一种新的着陆技术地形相对导航提供信息。地形相对导航技术是一种自动驾驶仪，它能够快速判断航天器在火星表面的位置并选择最佳的安全着陆目标。
距离火星表面2.1公里时启动火星车与降落伞及后壳分离，随后开启8台火星着陆发动机，帮助航天器飞到安全着陆点，并减缓降落速度。
距离相对地形导航指定的着陆区域上方20米时，空中起重机启动，依靠尼龙绳索将火星车降落。当探测到火星车已经着陆在耶泽罗陨石坑便切断绳索。
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美国“毅力”号火星车在火星着陆的过程示意图。EDL在大约7分钟后结束，着陆火星的这段时间也被称为“恐怖的7分钟”。NASA表示，这不仅仅是因为EDL阶段任务本就复杂，而且由于地球和火星距离太远，通信时延长，这要求航天器必须有很强的自主能力。全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩向澎湃新闻（www.thepaper.cn）介绍，“恐怖的7分钟”有四个过程，包括气动减速、伞降减速、动力减速、着陆缓冲。“整个过程不能遥控，完全是自主控制，上百个程序一条都不能错。”
【恐怖的7分钟里毅力号如何着陆火星？火星软着陆方式有哪些？】“如果关机提前1秒，硬着陆就摔坏了。”庞之浩介绍，例如原定1999年12月在火星着陆的美国“火星极区着陆器”就因发动机提前关机而下落不明。它在即将登陆火星表面时，由于软件错误导致其起减速作用的火箭发动机过早关闭，最终撞毁。
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美国“毅力”号火星车在火星着陆的过程示意图。火星软着陆，还可以弹跳“好奇”号火星车和“毅力”号火星车采用的降落伞＋缓冲发动机反推＋空中起重机的着陆方式，可满足重量更大的探测器软着陆要求，能精确着陆。
“这种着陆方式最为复杂，成本最高，技术最先进。”除了空中吊机式，庞之浩对澎湃新闻（www.thepaper.cn）表示，目前，探测器在火星软着陆的方式主要还有另外两种，每种方案都各有优缺点。
一是采用气囊弹跳式。由于探测器是被气囊包裹住的，所以刚着陆时会被弹起10层楼高，经过多次弹跳，逐渐降低弹跳高度，最后在火星表面着陆。此后气囊放气，探测器的护壳像花瓣一样绽开，接着探测器慢慢爬出来。
美国“火星探路者”、“勇气”号和“机遇”号火星车都采用了降落伞＋气囊弹跳方式着陆。这种着陆方式简单、成本低，但只能满足重量小的火星探测器软着陆要求，且着陆精度不高。
二是反推着陆腿式。美国的“海盗”号、“凤凰”号和“洞察”号都采用了降落伞＋缓冲发动机反推＋着陆腿方式着陆，着陆腿在着陆时也起到一定的缓冲作用。这种着陆方式相对复杂、成本高，可满足重量较大的探测器在火星软着陆要求，着陆精度较高。

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