天津
如果准备在火星降落，你可能会想到一顶很大的降落伞。地球上能把人和货物慢慢放下来，换个星球，把伞做大些似乎也就够了。
但火星的空气能把高速飞船迎面烧热，却无法靠一顶伞把重型载荷降到安全触地的速度。这两种相反的作用，会在同一次下降中接连发生，乘员必须在落地前跨过它们之间的速度缺口。
为了跨过这道缺口，2021年2月18日降落的毅力号接连用了好几套装置。那辆约一吨重的车已经用上了隔热罩、超声速降落伞和火箭发动机，最后还要被绳索吊到地上。
一、稀薄的空气也能烧坏飞船
火星地表气压平均只有地球的百分之一不到，大气密度也很低。在这样的环境里，风速再高，迎面推人的力都比地球小得多。
进入大气的飞船却完全是另一种情况。毅力号抵达火星时，速度接近每小时两万公里，前方空气来不及让开，被压进一道强烈的激波。
地面上的微风和高速飞船面对的空气，不能只用“薄”来比较。速度一旦升到每秒几公里，原本稀疏的分子也会在极短时间内把大量能量传给飞行器。
进入舱因此必须带着隔热罩。罩体隔开高温气流，表层材料还会通过烧蚀带走热量，舱内的设备才能继续工作。
这段路要借空气减速。进入角度过陡，减速和加热会过于集中；角度太浅，又可能无法按计划进入下降轨迹。
任务团队会提前算好进入走廊。飞船抵达后，靠自身姿态控制调整飞行方向，尽量落进允许打开降落伞的高度和速度范围。
二、伞打开了，撞地速度仍然太快
毅力号使用的降落伞直径约21.5米。它在超声速状态下展开，几秒内被气流撑满，拉住仍在高速下降的进入舱。
伞面并不空泛地“抓住空气”。气流在伞前后形成压强差，产生阻力，空气密度、相对速度和有效面积都会影响这股力。
火星上的伞必须在较高速度下才能提供足够大的拉力。下降过程继续变慢，阻力便会迅速减小。
毅力号的伞降阶段结束时，下降速度仍在每秒近百米的量级。即使按每秒80米算，也相当于每小时288公里，离能让车轮碰地还差得很远。
飞行器此时抛掉背罩和降落伞。下降级的八台发动机接手，向下喷出燃气，继续减速并控制横向运动。
接近地面时，下降级悬在车的上方，用绳索把车放下。车轮触地、绳索切断，上面的动力平台再飞向远处，避免砸回落点。
吊放只用了几秒。下降级和车体上的摄像机记录下了这段过程。少掉最后这段动力下降，降落伞送下来的就只剩一场撞击。
三、加重载荷会改变整套下降过程
一吨左右的火星车可以这样落下。载人飞船还要装人、加压舱、食物和维生设备，任务方案中的着陆质量往往会增加到十几吨甚至几十吨。
同形状且平均密度相同的飞船按比例放大，质量比迎风面积增长得更快，每吨重量能分到的减速面积反而越少。继续套用小探测器的下降流程，就会漏算这项变化。
工程上会把质量与有效阻力面积的关系折算成弹道系数。这个值偏高的进入器会穿到更低、更稠密的大气里，才能完成足够的减速。
火星的地面不会跟着它一起下降。等速度终于降到能换下一套装置的程度，剩下的高度可能已经不够了。
把伞的直径增加一倍，面积才增加四倍。载荷继续加重，开伞时的冲击、伞绳承载和充气稳定性也要重新验证，不能拿一张更大的布直接补上。
科研任务里已经试验过大型减速装置。把可充气的结构展开，增加迎风面积，是其中一条路线，但在轨或地球大气试验成功，也不能直接算成载人火星着陆已获验证。
另一条路线是让发动机更早介入，在超声速下降阶段就提供反推。喷流会与迎面来流、激波互相作用，姿态控制和热环境都需要重新计算。
四、落点得先服从减速条件
发动机得多带燃料，才能提前接手减速。储箱与其中的推进剂也有重量，要一起穿过大气；原本打算留给设备的运载余量，会被着陆阶段占去一部分。
选择低海拔地区能增加可用的大气厚度和下降距离。高地上的某处目标即使值得研究，也未必适合重型飞行器直接落下。
载人任务还得考虑下一趟货。先落下的电源、居住舱和补给若散在相距很远的地方，人到了以后，要先有能力把它们运到一起。
毅力号在最后阶段利用地形相对导航，对照拍下来的地貌与预存地图，避开一部分危险区域。重型运输器还要继续提高落点精度，才能靠近先遣设备，又不让尾焰损伤它们。
这些问题要在出发前处理。故障返修和临时调货在这里都不现实，缺少关键部件的基地可能根本无法启动。
一次载人任务需要几趟重型货运在同一片地区可靠会合，每次下降都得为后面的使用留下余地。第一批乘员走下舷梯时，住所和电源必须在那里，而不能只是留在一张任务计划表上。
特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
