天问一号将于近期择机实施着陆

中国首次火星探测任务天问一号探测器自2020年7月23日发射以来，各系统工作正常。2021年2月10日，天问一号探测器进入环火轨道，开展科学探测工作，获取了大量科学数据。根据目前飞行情况，天问一号探测器拟于北京时间5月15日凌晨至5月19日期间择机着陆于火星乌托邦平原。

天问一号为什么会多等三个月呢?

Part.1

组成分工有不同

天问一号由环绕器、着陆平台和火星车三件套组成，环绕器进入环火星轨道之后可以一直带着着陆平台和火星车飞行(两个合称为着陆巡视组合体，都塞在气动外罩里面)，有充足的时间来选择合适的着陆时机。

而NASA的毅力号没有环绕器，用的是一个巡航级带着气动外罩(里面塞着火星车)飞往火星，也没有进入环火星轨道的设计。等飞到了火星附近，巡航级一扔，无枝可依的气动外罩只能立刻扎进火星大气层开始着陆，没法等待。

倒也不是说毅力号不需要环绕器，主要是NASA正在工作的火星环绕器就有好几艘，既能完成各种火星在轨科学探测，也足够给火星车做通讯中继，所以这次不带也没关系。

而天问一号是我国第一个自主的火星任务，在火星没有“接应”，当然要自己多带点装备了。自给自足，自力更生!

Part.2

考察地形要工夫

入轨之后的天问一号可真的没闲着。相信我，这都是为了祝融号的安全，磨刀不误砍柴工啊。

它先是花了半个月时间多次调整轨道，让自己“观察”火星时的距离更近一些，视角更好一些;然后是仔仔细细考察火星地形，拍摄高清照片，为火星车考察着陆区地形。

这时候你可能要问了，这不对吧，为什么别的火星环绕器已经拍摄了海量照片，天问一号还要花时间自己拍照探测地形、确认着陆区呢?这是因为，照片和照片，也不一样。

在拍摄距离相同的情况下，探测器分辨率低的相机可以一次拍摄很大一片区域(或者说图幅更宽)，而分辨率高的相机拍摄只能拍摄很小一片区域。分辨率和覆盖率，是探测器拍照永恒的矛盾。

以目前拍摄火星的主力探测器，NASA的火星勘测轨道飞行器(MRO)为例，MRO探测器有两个相机：在300公里高处，中分辨率相机CTX可以拍摄6米/像素的火星照片，每张照片能囊括火星表面30公里宽的区域;而高分辨率相机HiRISE可以拍摄高达约0.5米/像素的高清照片，每张照片只能拍出6公里宽的区域。

结果就是，饶是MRO这样从2006年就开始工作，至今已经兢兢业业给火星拍了15年照片的劳模，也只有中分辨率的CTX影像几乎覆盖火星全球，而高分辨率的HiRISE影像才只覆盖了零星一些地方。一言以蔽之，对火星来说，现有的米级高分辨率影像覆盖量还是太少了，只能优先满足想要重点考察的地区。

毅力号着陆之前，NASA已经花费很长时间为备选着陆区积累高分辨率影像数据(详见：NASA毅力号成功着陆火星!它会在哪里寻找火星生命?

https://mp.weixin.qq.com/s/DbyNr2-TvkEn5W6FLb5EVA)，也就是说，毅力号在出发之前就已经手握一份着陆区高清地图了。

而天问一号呢?天问一号计划在火星乌托邦平原里寻找着陆区，但这么大一片平原里随便拎出来一块地儿，HiRISE影像的覆盖范围是这样的。我们要是想去现有的火星高分辨率影像数据库没覆盖到的地方，或者虽然已经有影像覆盖，但照片还不够多，成像质量不够满意的地方，就还是得靠自己拍呀。

这是天问一号今年3月传回的两张高分辨率相机拍摄的影像，分辨率0.7米/像素(@ 330-350公里高度)，能看出大量地形地貌细节。与周围已有的HiRISE影像相比，天问一号高分相机的成像质量相当，完全能够满足为火星车考察着陆区的需要。

Part.3

静候“天机”观气象

安全着陆火星，除了要选择地形平坦无障碍的着陆区，还要选择合适的“天机”，因为火星的沙尘暴吧，还真挺要命的。

1971年苏联火星2号和火星3号抵达火星时，就好巧不巧正赶上火星全球性的沙尘暴。结果不仅环绕器没拍到啥东西，释放的两组着陆器和火星车最终也没能顺利展开工作。

尤其是对祝融号这样使用太阳能供电的火星车，更是得比用核电池的毅力号更加谨慎一些才行。毕竟沙尘暴阻挡的太阳光，可是祝融号的生命之源。

2018年6月(火星当年的北半球秋冬之际)，火星经历了一场全球性的大型沙尘暴，使用核电池的好奇号火星车平安挺过，使用太阳能的机遇号火星车不幸结束任务。

如何尽可能减少沙尘暴的影响?惹不起，躲得起啊。

1)一方面是总结过去的火星气象数据，寻找历史上沙尘暴低发的时期。

这是1996年到2013年(即火星年23-31)间，火星全球探勘者号(MGS)和火星勘测轨道飞行器(MRO)两个环绕器观测的沙尘暴记录。可以看到火星的沙尘活动集中在下半年，北半球在春夏期间最为宁静。从春分到夏至正中间开始的6个地球月里，北半球历史上没有发生过沙尘暴。

今年这个火星年(2021-2022年，一个火星年约等于2个地球年)，北半球的春分发生在2021年2月7日，夏至发生在2021年8月25日，两个时间点中间，就是5月中旬了。对于计划着陆在火星北半球乌托邦平原的祝融号来说，等到5月中下旬再降落，最为稳妥。

2)另一方面就是利用现有的火星探测器遥感数据(主要是亮温和阳光透射率数据)和着陆区的实际位置、地形情况，对计划着陆区做气象预报。提前避开大的沙尘暴，寻找将来哪个时间段气候更宜降落。当然，这种基于遥感数据的预报只是模型和统计结果，并不是确定性预报，无法精确到火星某个地点几点几分一定有啥气象变化。

这是毅力号项目组针对位于北半球的杰泽罗撞击坑区域(毅力号着陆区)春分时期所做的气象预报，内容包括表面气压、表面温度、大气温度、风速、风向、大气密度等多个方面。这些都是毅力号判断着陆时机的参考。(毅力号着陆于2021年2月18日，春分刚过)