APP 火星是太陽系地球外側(cè)距離地球最近的行星且同處于太陽系宜居帶。人們曾經(jīng)認為火星與地球環(huán)境非常相似，留下了關(guān)于火星生命的種種傳說。火星也成為人類尋找地外生命及建立第二家園的目標地點。
火星公轉(zhuǎn)周期為687個地球日，因此每隔約26個月，才能遇到一次地火直線距離最近的時候，如果在兩個行星距離最近前的一個時段進行航天發(fā)射，可以節(jié)省火箭推進劑并縮短到達火星軌道距離。在2020年7-8月的火星探測窗口期，阿聯(lián)酋、中國和美國的火星探測器相繼發(fā)射。阿聯(lián)酋“希望號”火星探測器于2020年7月20日發(fā)射，主要目的是采用環(huán)繞火星的方式研究火星的大氣環(huán)境和氣候變化。美國的“毅力號”火星探測器于2020年7月30日發(fā)射，主要探測火星上是否存在生命。我國首次火星探測任務(wù)“天問一號”探測器于2020年7月23日發(fā)射升空，它一次性實現(xiàn)“環(huán)繞、著陸、巡視”3項目標。2021年2月9日，阿聯(lián)酋的火星探測器“希望號”也成功進入火星軌道。2021年2月10日，“天問一號”火星探測器成功實施近火捕獲制動并順利進入大橢圓火星軌道。9天后，美國“毅力號”火星車成功登陸火星。
天問一號探測器由環(huán)繞器和著陸巡視器組成。環(huán)繞器配置中分辨率相機、高分辨率相機、次表層探測雷達、火星礦物光譜探測儀、火星磁強計、火星離子與中性粒子分析儀、火星能量粒子分析儀共7臺載荷。通過環(huán)繞探測，開展火星全球性和綜合性遙感探測。著陸巡視器由進入艙和火星車組成，進入艙完成火星進入、下降、著陸（EDL）任務(wù)，祝融號火星車配置多光譜相機、次表層探測雷達、火星表面成分探測儀、火星表面磁場探測儀、火星氣象測量儀、地形相機共6臺科學載荷，通過巡視探測，開展火星表面重點地區(qū)高精度、高分辨的精細巡視探測。
為了保障“天問一號”探測器順利進入火星大氣層并安全著陸火星表面，探測器采用多個創(chuàng)新設(shè)計和解決方案。其中，天問一號采用的是半彈道式設(shè)計，以較小重量代價實現(xiàn)火星探測器“進入-下降-著陸（EDL）”階段的姿態(tài)穩(wěn)定和運動軌跡控制。它以高壓氣源為驅(qū)動力，實現(xiàn)四桿機構(gòu)展開系統(tǒng)配平翼快速展開，利用液壓系統(tǒng)阻尼特性減緩氣動減速階段重力加速度和進入艙背罩結(jié)構(gòu)變形等對探測器整體的影響。為保障火星環(huán)繞器在途中及環(huán)火星軌道飛行過程中環(huán)境溫度穩(wěn)定，環(huán)繞器采用了高效率熱回路循環(huán)與高溫防護熱控技術(shù)，解決了火星環(huán)繞器多工況復雜外熱流控溫、環(huán)火星軌道極端低溫控溫、近火星重力捕獲高溫熱防護及大部件高精度控溫等技術(shù)難題。為保證進入火星的過程中,要利用大氣減速過程中的結(jié)構(gòu)安全性，進入器設(shè)計了具有超輕特性的蜂窩格子增強樹脂基燒蝕防熱復合材料，解決了火星氣動加熱環(huán)境下超輕質(zhì)材料高效熱防護與超輕質(zhì)結(jié)構(gòu)協(xié)同工作難題，保障了進入火星大氣過程中探測器內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫度的安全性。
“天問一號”任務(wù)的圓滿成功為我國下一步火星探測取樣返回任務(wù)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。
供稿：中國航天空氣動力技術(shù)研究院
