孫澤洲， 饒 煒， 賈 陽， 王 闖， 董 捷， 陳百超

北京空間飛行器總體設(shè)計部, 北京 100094

0 引 言

2020年7月23日，“天問一號”探測器在海南文昌航天發(fā)射場成功發(fā)射，2021年2月10日，成功捕獲火星，2021年5月15日，著陸巡視器成功實現(xiàn)火星進入、下降與著陸(EDL)，安全著陸到烏托邦平原(Utopia planitia)南端的預(yù)定著陸點，2021年5月22日，“祝融號”成功駛離到火星表面并開始開展火面巡視探測，使得我國成為世界上第二個成功實現(xiàn)火星表面巡視探測的國家.

首次火星探測任務(wù)，正式邁出我國行星探測步伐，實現(xiàn)了我國探測器首次登陸火星，在國際上首次通過一次任務(wù)實現(xiàn)火星“環(huán)繞、著陸、巡視”的三步跨越，開拓了中國人探索認知宇宙奧秘的新局面，創(chuàng)造了中國人和平利用太空的新輝煌.

“天問一號”任務(wù)通過一次發(fā)射實現(xiàn)火星環(huán)繞和著陸巡視，對火星開展全球性、綜合性的環(huán)繞探測，在火星表面開展區(qū)域巡視探測.工程以環(huán)繞器環(huán)繞火星、火星車著陸火星表面，并開展科學(xué)探測為成功標志.

從工程實施、技術(shù)進步的角度看，“天問一號”任務(wù)具有重要意義，任務(wù)的工程目標可概括為[1]：

1)突破火星制動捕獲EDL、長期自主管理、遠距離測控通信、火星表面巡視等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)火星環(huán)繞探測和巡視探測，獲取火星探測科學(xué)數(shù)據(jù)，使我國深空探測能力和水平進入世界航天第一梯隊，實現(xiàn)在深空探測領(lǐng)域的跨越.

2)構(gòu)建獨立自主的深空探測基礎(chǔ)工程體系，包括設(shè)計、制造、試驗、飛行任務(wù)實施、科學(xué)研究、工程管理以及人才隊伍，推動我國深空探測活動可持續(xù)發(fā)展.

“天問一號”任務(wù)的科學(xué)目標是：通過環(huán)繞探測，開展火星全球性和綜合性探測；通過巡視探測，開展火星表面重點地區(qū)高精度、高分辨的精細探測.具體科學(xué)目標主要包括以下5個方面[1]：

1)研究火星形貌與地質(zhì)構(gòu)造特征.探測火星全球地形地貌特征，獲取典型地區(qū)高精度形貌數(shù)據(jù)，開展火星地質(zhì)構(gòu)造成因和演化研究.

2)研究火星表面土壤特征與水冰分布.探測火星土壤種類、風化沉積特征和全球分布，搜尋水冰信息，開展火星土壤剖面分層結(jié)構(gòu)研究.

3)研究火星表面物質(zhì)組成.識別火星表面巖石類型，探查火星表面次生礦物，開展表面礦物組成分析.

4)研究火星大氣電離層及表面氣候與環(huán)境特征.探測火星空間環(huán)境及火星表面氣溫、氣壓、風場，開展火星電離層結(jié)構(gòu)和表面天氣季節(jié)性變化規(guī)律研究.

5)研究火星物理場與內(nèi)部結(jié)構(gòu).探測火星磁場特性.開展火星早期地質(zhì)演化歷史及火星內(nèi)部質(zhì)量分布和重力場研究.

1 “天問一號”探測器任務(wù)特點

“天問一號”探測器的任務(wù)是實現(xiàn)火星的環(huán)繞、火面軟著陸和巡視探測，相對以往月球探測任務(wù)有很大不同.主要表現(xiàn)在以下幾個方面[2-5]：

1)距離更加遙遠

火星距離地球最遠4×108km、最近5.5×107km，而月球距離地球僅為4×105km.距離遙遠帶來通信路徑損耗巨大，與地月通信路徑損耗相比，地火通信路徑最大損耗增加約60 dB，導(dǎo)致天線難以全空間覆蓋、傳輸實時性差及有效數(shù)據(jù)傳輸困難.

2)自主要求更高

火星至地球單程時延最大約22 min，月球為1 s，長的時間延遲，極大增加了深空測控通信實現(xiàn)難度.對于月球距離，勉強可以采用準實時遙控方式控制航天器平臺和有效載荷工作，對于更遙遠的火星，只能依賴于探測器自主控制能力.

3)著陸過程風險更大

月球著陸任務(wù)要求在12 min內(nèi)減速1.7 km/s，火星著陸任務(wù)要求在約9 min內(nèi)減速4.8 km/s，火星探測減速總量更多、要求更快.月球著陸過程采用發(fā)動機和著陸緩沖減速，火星著陸需要采用氣動外形、減速傘、發(fā)動機及著陸緩沖減速，環(huán)節(jié)更多.而火星大氣不確定度非常大，大氣密度和火星風場等參數(shù)，隨季節(jié)、地理位置及進入地方時不同而變化.諸多因素耦合在一起，極大影響EDL過程設(shè)計與分析.

4)火星表面能源更緊張

在火星軌道附近，太陽輻照強度最大值為715 W/m2，最小值為491 W/m2，平均值約為地球附近的43%，同時火星存在大氣衰減，到達火星表面的太陽輻射強度僅為0.2個太陽常數(shù).極大增加了探測器熱設(shè)計、能源管理的挑戰(zhàn)和難度.

2 “天問一號”探測器任務(wù)概述

2.1 系統(tǒng)組成

“天問一號”探測器系統(tǒng)由環(huán)繞器和著陸巡視器組成，著陸巡視器由進入艙和火星車組成.

圖1 探測器組成示意圖

環(huán)繞器由有效載荷、結(jié)構(gòu)、測控數(shù)傳、熱控、綜合電子、總體電路、制導(dǎo)導(dǎo)航與控制(GNC)、定向天線、太陽翼、電源、推進和工程測量等12個分系統(tǒng)組成.

著陸巡視器由有效載荷、結(jié)構(gòu)與機構(gòu)、GNC、推進、熱控、數(shù)據(jù)管理、測控數(shù)傳、天線、供配電、傘系減速、著陸緩沖、移動和工程測量等15個分系統(tǒng)組成.

2.2 基本構(gòu)型

“天問一號”探測器構(gòu)型為環(huán)繞器-著陸巡視器串聯(lián)構(gòu)型設(shè)計，環(huán)繞器與運載火箭對接，著陸巡視器安裝于環(huán)繞器頂部.環(huán)繞器采用“中心承力筒+外部六面柱體”整體構(gòu)型，配置2.5 m口徑高增益天線.著陸巡視器由進入艙和火星車組成，進入艙由大底、背罩和著陸平臺組成.探測器發(fā)射入軌后依次展開環(huán)繞器太陽翼、高增益天線等.

圖2 探測器各飛行狀態(tài)下構(gòu)型示意圖

2.3 飛行任務(wù)過程

“天問一號”探測器由長征五號運載火箭直接發(fā)射至近地點約200 km的地火轉(zhuǎn)移軌道；探測器與運載火箭分離后，在地火轉(zhuǎn)移軌道上飛行約7個月，期間經(jīng)過4次中途修正和1次深空機動，在近火點處實施第1次近火制動，實現(xiàn)火星捕獲，隨后經(jīng)過1次遠火點平面機動和2次近火點制動，進入周期2天的環(huán)火橢圓停泊軌道；停泊軌道運行約3個月后，擇機實施兩器分離和火星進入；著陸巡視器采用“彈道-升力式”進入，通過氣動外形、降落傘、發(fā)動機多級減速和著陸緩沖機構(gòu)緩沖，軟著陸于火星表面；環(huán)繞器自主升軌機動，將軌道拉起并返回到停泊軌道，在下一個近火點實施第4次近火制動進入周期8.2 h的天回歸中繼通信軌道；90天的火面巡視探測任務(wù)結(jié)束后，環(huán)繞器實施第5次近火制動，進入周期7.8 h的橢圓遙感軌道；環(huán)繞探測約一個火星年，利用火星重力場特性實現(xiàn)近火點漂移，實現(xiàn)對火星表面覆蓋探測. “天問一號”探測器任務(wù)實施階段的飛行過程如圖3所示.

圖3 “天問一號”探測器飛行過程

3 “天問一號”探測器系統(tǒng)關(guān)鍵任務(wù)設(shè)計

為實現(xiàn)“天問一號”火星環(huán)繞、軟著陸及巡視探測任務(wù)，整個任務(wù)過程可分為軌道、遠距離深空通信、近火捕獲、EDL、火星車駛離及火面巡視探測等5個關(guān)鍵任務(wù).

3.1 軌道設(shè)計

“天問一號”探測器軌道設(shè)計包含地火轉(zhuǎn)移、火星捕獲、火星停泊、中繼通信、遙感使命等5個階段.

3.1.1 地火轉(zhuǎn)移軌道設(shè)計

綜合考慮運載能力、探測器質(zhì)量約束以及轉(zhuǎn)移時間，選擇短轉(zhuǎn)移方案.在此基礎(chǔ)上進一步采用深空機動，改變繞日飛行軌道的平面和大小，減小火星捕獲所需速度增量.最終地火轉(zhuǎn)移軌道采用“短轉(zhuǎn)移+深空機動”方案.

3.1.2 火星捕獲軌道設(shè)計

捕獲軌道傾角設(shè)計取決于火星進入點緯度，由停泊軌道時間倒推至火星捕獲時刻，得到所需的火星捕獲軌道傾角.

近火點高度設(shè)計：綜合考慮捕獲速度增量、火星大氣、最后一次中途修正、近火制動有限推力和火星非球形攝動等影響，捕獲軌道近火點高度選取為400 km.

軌道周期設(shè)計：綜合考慮軌道的穩(wěn)定性、遠火點平面制動的速度增量、遠火點控制誤差對近火點高度的影響，軌道周期選擇為250.5 h(約10個火星日).

遠火點平面機動目標傾角設(shè)計：綜合考慮遙感使命軌道近火點光照條件和火星全球覆蓋需求，探測器遙感使命軌道傾角選擇為86.9°.

3.1.3 火星停泊軌道設(shè)計

綜合停泊軌道兩器分離前后降軌、升軌推進劑需求，以及火星攝動條件對軌道影響，選擇2天周期的停泊軌道.為實現(xiàn)著陸區(qū)預(yù)探測要求，停泊軌道近火弧段設(shè)置于預(yù)選著陸區(qū)上空.

綜合兩器分離速度增量(降軌、拉起)和保證進入點初始精度和遙感使命軌道傾角等因素，標稱停泊軌道設(shè)計為近火點高度265 km，周期為49.2 h(2個火星日)的極軌橢圓軌道.

探測器在停泊軌道上運行約3個月，完成著陸區(qū)預(yù)探測、落點經(jīng)度微調(diào)等著陸前準備工作.

3.1.4 中繼通信軌道設(shè)計

環(huán)繞器在與著陸巡視器分離后，需調(diào)整進入中繼通信軌道，實施為期約3個月的中繼通信任務(wù)，并兼顧科學(xué)探測.為保證穩(wěn)定的中繼通信弧段，中繼軌道設(shè)計成天回歸軌道，考慮到停泊軌道和遙感軌道的銜接，探測器標稱中繼軌道選擇1天運行3圈的回歸軌道，軌道周期約8.2 h.

3.1.5 遙感使命軌道設(shè)計

環(huán)繞器完成3個月的中繼任務(wù)之后，進入遙感使命軌道.環(huán)繞器遙感探測階段，受推進劑以及相機成像幅寬約束，為了保證近火點成像時太陽高度角不小于10°，以及一個火星年內(nèi)完成全火覆蓋的任務(wù)要求，利用了火星大橢圓軌道近火點漂移特性，遙感使命軌道設(shè)計成近火點高度265 km、回歸周期20個火星日，一個回歸周期運行圈數(shù)為63圈，一個火星年隨太陽漂移一圈的環(huán)火極軌道.

3.2 遠距離深空通信設(shè)計

探測器系統(tǒng)的通信鏈路設(shè)計如圖4所示，其中：

圖4 探測器系統(tǒng)通信鏈路

1)探測器對地面站采用X頻段通信，兩器均具有X頻段上下行鏈路；

2)環(huán)繞器和著陸巡視器之間配備有UHF頻段雙向器間通信鏈路；

3)著陸巡視器復(fù)用X頻段下行鏈路，對環(huán)繞器進行單向數(shù)據(jù)傳輸.

4)著陸巡視器測控包括器間通信和火星車對地直接測控兩部分.

3.2.1 探測器器地測控體制

1)環(huán)繞器

調(diào)制方式：統(tǒng)一載波X頻段測控體制(測控)，抑制載波調(diào)制方式(數(shù)傳).

測距方式：側(cè)音測距.

測角方式：DOR差分單向側(cè)音方式進行VLBI觀測.

測速方式：雙向多普勒測速，同時驗證單向多普勒測速技術(shù).

信道編碼：“R-S+卷積”級聯(lián)碼和“LDPC”編碼.

2)著陸巡視器

調(diào)制方式：上行統(tǒng)一載波調(diào)制方式，下行抑制載波調(diào)制方式.

信道編碼：“R-S+卷積”級聯(lián)碼和“LDPC”編碼.

3.2.2 器間測控體制

采用UHF頻段作為環(huán)繞器與著陸巡視器的雙向通信頻段.同時，為了提高中繼通信能力，環(huán)繞器配置X頻段接收機，利用著陸巡視器對地的X頻段通信鏈路，具備將盡可能多的探測數(shù)據(jù)回傳地球的能力.根據(jù)軌道特點，近火主用UHF頻段通信，遠火主用X頻段通信.

調(diào)制方式：器間UHF頻段通信采用Bi-phase-L分相碼PCM信號進行BPSK調(diào)制，器間X頻段通信采用BPSK體制.

信道編碼方式：UHF頻段器間通信采用卷積(7，1/2)碼，X頻段器間通信采用“R-S+卷積”級聯(lián)碼.

3.3 火星捕獲過程設(shè)計

整個火星捕獲過程控制，由探測器全自主完成.火星制動捕獲采用“勻速率變化”控制策略，制動捕獲關(guān)機策略采用雙關(guān)機策略，利用開機時長和速度增量兩個指標控制發(fā)動機的關(guān)機.即，以加表積分速度增量控制為主要條件，加表積分量達到標稱速度增量時關(guān)機；同時，設(shè)計關(guān)機時間區(qū)間[T1，T2]約束，制動時間超出區(qū)間范圍，加表積分即使不到標稱速度增量，亦關(guān)機.T1時間為制動捕獲最短點火時長，該時間的確定主要考慮因素：兩臺加表故障情況下，標稱推力作用下，能夠形成標稱軌道點火時長.T2時間為制動捕獲最長點火時長，該時間確定主要考慮因素：兩臺加表故障情況下，標稱推力作用下，形成停泊軌道遠火點高度的點火時長.

火星捕獲制動流程如圖5所示.

圖5 火星捕獲制動流程

3.4 EDL過程設(shè)計

火星EDL過程采用“氣動外形+傘系減速+動力減速+著陸緩沖”的減速方式.

1)進入方式：彈道-升力式；

2)氣動外形：半錐角為70°的球錐形大底+球錐形背罩；

3)傘系減速：盤縫帶傘、一級減速；

4)動力減速：反推發(fā)動機、懸停避障；

5)著陸緩沖：著陸緩沖機構(gòu).

EDL過程時序圖見圖6.

圖6 EDL過程時序圖

3.4.1 過渡段

該段主要任務(wù)是：

1)兩器分離后自主啟控建立并保持中繼通信姿態(tài).

2)大氣進入前建立大氣進入姿態(tài).

此段的結(jié)束標志是距參考火星表面高度125 km(國際天文聯(lián)合會(IAU)定義的火星橢球基準).

此高度以上大氣阻力和氣動干擾力矩影響可忽略.該階段主要干擾力為姿控推力器工作時的干擾力和力矩.

3.4.2 氣動減速段

根據(jù)火星大氣密度、制導(dǎo)控制策略不同具體分為兩個階段：

1)攻角配平段

距火星表面高度從約125 km(IAU橢球基準)到約60 km(IAU橢球基準).

主要任務(wù)：

保持進入姿態(tài)，根據(jù)配平攻角、側(cè)滑角和滾轉(zhuǎn)角等要求，進行三軸穩(wěn)定姿態(tài)控制；

UHF器間通信返向鏈路工作，傳回EDL過程中器上關(guān)鍵遙測數(shù)據(jù).

2) 升力控制段

距火星表面高度從約60 km(IAU橢球基準)到約10 km(IAU橢球基準)，該段主要任務(wù)如下：

采用“彈道-升力控制”進行氣動減速；

在導(dǎo)航馬赫數(shù)為2.8時執(zhí)行配平翼展開動作，使進入艙標稱配平攻角調(diào)整至0°，此后進入艙GNC分系統(tǒng)進行角速度阻尼控制；

在導(dǎo)航馬赫數(shù)為1.8執(zhí)行開傘動作；

UHF器間通信返向鏈路工作，傳回EDL過程中的器上關(guān)鍵遙測數(shù)據(jù).

3.4.3 傘系減速段

距火星表面高度從約10 km(IAU橢球基準)到約1～2 km(距當?shù)貙嶋H高度)，利用降落傘進行減速，期間主要任務(wù)如下：

在彈傘指令發(fā)出后(標稱馬赫數(shù)1.8)，降落傘彈射、開傘；

實施大底分離和著陸緩沖機構(gòu)展開動作；

綜合高度和速度測量信息(高度1 km～2 km和速度95 m/s)，實施平臺與艙傘組合體分離；

在此階段，器上按飛行時序，自主執(zhí)行進入艙和火星車UHF發(fā)射機切換和工程測量設(shè)備開機和采集工作.

3.4.4 動力下降段

距火星表面高度從1～2 km至火面，利用發(fā)動機進行減速，期間主要任務(wù)如下：

發(fā)出背罩拋除指令后，考慮分離安全性，延時啟動自主動力下降制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制程序，建立著陸巡視器動力下降初始姿態(tài)，自主打開所有著陸導(dǎo)航敏感器至正常測量工作模式；

完成背罩規(guī)避機動，防止傘罩組合體與著陸巡視器發(fā)生碰撞；

通過粗避障、懸停避障，完成安全著陸區(qū)域自主優(yōu)選并落入優(yōu)選安全區(qū)；

在接觸火星表面時，控制姿態(tài)角、姿態(tài)角速度、垂向和水平速度滿足要求；

動力下降過程中利用光學(xué)成像敏感器連續(xù)對火星表面成像并存儲，直至著陸至火星表面.

相比嫦娥系列月球軟著陸動力下降過程，火星動力下降過程初始狀態(tài)(軌道、姿態(tài))存在較大不確定性、水平機動能力有限等約束，還存在風速、地貌等不確知影響，主要任務(wù)除了減速和避障外，還要實現(xiàn)水平機動規(guī)避背罩.

3.4.5 著陸緩沖段

完成著陸觸火后發(fā)動機關(guān)機控制，著陸緩沖機構(gòu)完成緩沖，實現(xiàn)穩(wěn)定著陸.

不同于嫦娥三號著陸器和嫦娥五號著陸上升組合體的配置，著陸巡視器限于構(gòu)型布局及安裝等約束，無法配置伽瑪關(guān)機敏感器，同時鑒于接觸火面時測距測速敏感器測量精度低，最終確定采用觸火關(guān)機策略.

3.5 火星車駛離

火星車利用15個火星日時間完成駛離及可視化任務(wù)，釋放分離段各火星日工作項目如下：

第1個火星日：完成火星車初始狀態(tài)建立，包括機構(gòu)解鎖展開和對地通信等，進入火夜，火夜進行1 h的對環(huán)繞器X頻段器間通信.

第2個火星日：導(dǎo)航地形相機、避障相機成像，進行火面全局感知.

第3個火星日：載荷開機自檢.

第4～5個火星日：下傳全局感知圖像、載荷自檢數(shù)據(jù)、延時遙測數(shù)據(jù).

第6個火星日：短距離行走進行移動自檢，下傳延時遙測數(shù)據(jù).

第7個火星日：下傳EDL過程延時遙測數(shù)據(jù).

第8個火星日：火星車駛離著陸平臺，并下傳駛離相關(guān)數(shù)據(jù).

第9個火星日：局部感知，用于地面規(guī)劃移動至最佳國旗成像點的路徑.

第10個火星日：下傳部分EDL過程工程測量數(shù)據(jù).

第11個火星日：火星車移動到最佳國旗成像點，并下傳部分EDL過程進入艙GNC圖像.

第12個火星日：局部感知，用于地面規(guī)劃移動至最佳WIFI分離拍攝探頭釋放點的路徑.

第13個火星日：對進入艙器表國旗進行成像.

第14個火星日：火星車移動至最佳WIFI分離拍攝探頭釋放點.

第15個火星日：火星車釋放WIFI分離拍攝探頭，WIFI分離拍攝探頭對火星車和進入艙國旗成像并下傳.駛離過程見圖7.

圖7 火星車駛離過程構(gòu)型示意圖

3.6 火面工作

火星車完成釋放分離段工作任務(wù)后，進入火面巡視探測工作階段.

1)火星車壽命初期(著陸第16個火星日～第45個火星日)，以3個火星日作為一個任務(wù)周期：第1個火星日主要進行環(huán)境感知，火夜進行1 h對環(huán)繞器通信，進行圖像數(shù)據(jù)下傳；第2個火星日主要進行科學(xué)探測；第3個火星日進行載荷數(shù)據(jù)下傳以及火面移動.

2)火星車壽命末期(著陸第46個火星日～第90個火星日)，隨著發(fā)電能力的降低，根據(jù)實際功率平衡情況，可選擇將任務(wù)周期從3個火星日逐漸增加到6個火星日，任務(wù)周期內(nèi)總的工作內(nèi)容不變，增加3個火星日的時間用于待機充電.火面工作段的構(gòu)型見圖8.

圖8 火面工作段構(gòu)型示意圖

4 “天問一號”探測器取得的技術(shù)創(chuàng)新

“天問一號”探測器是一個全新的航天器，新技術(shù)和新產(chǎn)品的比例高達80%.其研制的總體思路是：瞄準當今世界先進水平，高起點地確定探測器的功能與性能指標，通過一次任務(wù)實現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸和巡視，對火星開展全球立體探測和局部詳細探測；針對新領(lǐng)域中所遇到的新問題，通過大量的設(shè)計分析、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和地面驗證試驗，突破火星制動捕獲、進入/下降/著陸、長期自主管理、遠距離測控通信、火星表面巡視等關(guān)鍵技術(shù)，在航天器總體設(shè)計、制導(dǎo)導(dǎo)航和控制系統(tǒng)設(shè)計、推進系統(tǒng)設(shè)計、熱控系統(tǒng)設(shè)計等方面取得一系列自主創(chuàng)新的科研成果.

4.1 國際上首次通過一次任務(wù)完成火星環(huán)繞、著陸和巡視

在國際上首次通過一次任務(wù)實現(xiàn)了火星“環(huán)繞、著陸、巡視”的三步跨越.顯著增強了多目標復(fù)雜航天任務(wù)總體設(shè)計能力，面對火星環(huán)繞、著陸、巡視、探測、中繼等任務(wù)耦合程度深、制約因素繁、單點環(huán)節(jié)多的難題，帶動了總體設(shè)計能力和水平的巨大跨越，為后續(xù)多目標行星探測任務(wù)設(shè)計創(chuàng)立了新范式.顯著提升了行星環(huán)境建模和模擬能力，建立了一套行星環(huán)境不確知情況下，可靠開展環(huán)境建模的方法，以及在地面開展行星環(huán)境模擬試驗的方法，建設(shè)、改造了一批試驗設(shè)施，為后續(xù)行星探測創(chuàng)立了新條件.

4.2 首次實現(xiàn)行星際飛行

突破了火星探測軌道設(shè)計技術(shù)，根據(jù)一次任務(wù)實現(xiàn)繞、落、巡的要求，基于運載能力、測控能力等工程約束，系統(tǒng)開展了地火轉(zhuǎn)移軌道、火星捕獲軌道、調(diào)相軌道、停泊軌道、下降進入軌道、中繼軌道、遙感探測軌道的規(guī)劃和精確設(shè)計，建立了一套完整軌道分析和優(yōu)化算法.

突破了行星際飛行高精度高可靠軌道控制及復(fù)雜環(huán)境下環(huán)繞器多模式自主協(xié)同管理技術(shù)，實現(xiàn)了探測器在軌安全可靠飛行.

4.3 首次實現(xiàn)地外行星表面著陸

構(gòu)建了首次火星“進入、下降與著陸”任務(wù)設(shè)計匹配、協(xié)調(diào)的指標體系，全面掌握了EDL過程相關(guān)分系統(tǒng)的性能邊界和設(shè)計裕度.

全新設(shè)計了適用于火星稀薄大氣減速的氣動外形.突破了稀薄大氣、二氧化碳介質(zhì)下的高減速氣動外形設(shè)計關(guān)鍵技術(shù).

構(gòu)建了首次火星進入與著陸任務(wù)相關(guān)的標準環(huán)境模型和擾動模型，形成了一套適用于火星EDL任務(wù)的火星空間環(huán)境和表面環(huán)境規(guī)范.

提出了滿足“一次發(fā)射實現(xiàn)繞、落、巡”的飛行任務(wù)設(shè)計方案，在兼顧了火星車中繼要求與遙感全火覆蓋要求的同時，實現(xiàn)了EDL最優(yōu)進入窗口和最優(yōu)進入角設(shè)計.

4.4 首次實現(xiàn)地外行星表面巡視

突破了火面松軟、崎嶇地形下高效、安全巡視技術(shù).國際首次在星球探測器上采用主動懸架系統(tǒng)，可實現(xiàn)尺蠖運動、抬輪、車體抬升等多種運動形態(tài)，相對傳統(tǒng)被動懸架，爬坡及越障能力得到顯著提升.

突破了火面弱光照、沙塵條件下能源安全技術(shù)，首次在星球探測器上使用自主休眠、喚醒技術(shù)，火星車自主根據(jù)沙塵程度，進入最小工作或斷電休眠狀態(tài)，沙塵過后自主喚醒，解決火星車遭遇沙塵天氣后的能源安全問題.

突破了地火通信受限情況下的高效探測技術(shù).設(shè)計了基于簡單指令的高效探測模式，解決了地火通信碼速率受限情況下的多載荷多模式高效探測的難題.設(shè)計了精準移動與定點探測相結(jié)合的高效探測模式，實現(xiàn)了一次規(guī)劃完成多點探測的目標，解決了地火交互頻繁導(dǎo)致探測效率低的問題.

突破了地火通信受限情況下的自主生存技術(shù).設(shè)計了火星車智能運行體系，解決了火星車在日凌等地火無通信情況下的長期生存問題.

5 結(jié)束語

“天問一號”探測器圓滿完成了我國首次火星探測的任務(wù)目標，突破了大量關(guān)鍵技術(shù)，取得了一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的自主創(chuàng)新科研成果.這些成果可用于其他天體表面著陸、巡視等后續(xù)深空探測任務(wù)，有力地促進了航天技術(shù)的發(fā)展，同時帶動了其它相關(guān)學(xué)科和領(lǐng)域的技術(shù)進步，推動了我國科技自主創(chuàng)新能力的提升.