火星是太阳系地球外侧距离地球最近的行星且同处于太阳系宜居带。人们曾经认为火星与地球环境非常相似，留下了关于火星生命的种种传说。火星也成为人类寻找地外生命及建立第二家园的目标地点。
火星公转周期为687个地球日，因此每隔约26个月，才能遇到一次地火直线距离最近的时候，如果在两个行星距离最近前的一个时段进行航天发射，可以节省火箭推进剂并缩短到达火星轨道距离。在2020年7-8月的火星探测窗口期，阿联酋、中国和美国的火星探测器相继发射。阿联酋“希望号”火星探测器于2020年7月20日发射，主要目的是采用环绕火星的方式研究火星的大气环境和气候变化。美国的“毅力号”火星探测器于2020年7月30日发射，主要探测火星上是否存在生命。我国首次火星探测任务“天问一号”探测器于2020年7月23日发射升空，它一次性实现“环绕、着陆、巡视”3项目标。2021年2月9日，阿联酋的火星探测器“希望号”也成功进入火星轨道。2021年2月10日，“天问一号”火星探测器成功实施近火捕获制动并顺利进入大椭圆火星轨道。9天后，美国“毅力号”火星车成功登陆火星。
天问一号探测器由环绕器和着陆巡视器组成。环绕器配置中分辨率相机、高分辨率相机、次表层探测雷达、火星矿物光谱探测仪、火星磁强计、火星离子与中性粒子分析仪、火星能量粒子分析仪共7台载荷。通过环绕探测，开展火星全球性和综合性遥感探测。着陆巡视器由进入舱和火星车组成，进入舱完成火星进入、下降、着陆（EDL）任务，祝融号火星车配置多光谱相机、次表层探测雷达、火星表面成分探测仪、火星表面磁场探测仪、火星气象测量仪、地形相机共6台科学载荷，通过巡视探测，开展火星表面重点地区高精度、高分辨的精细巡视探测。
为了保障“天问一号”探测器顺利进入火星大气层并安全着陆火星表面，探测器采用多个创新设计和解决方案。其中，天问一号采用的是半弹道式设计，以较小重量代价实现火星探测器“进入-下降-着陆（EDL）”阶段的姿态稳定和运动轨迹控制。它以高压气源为驱动力，实现四杆机构展开系统配平翼快速展开，利用液压系统阻尼特性减缓气动减速阶段重力加速度和进入舱背罩结构变形等对探测器整体的影响。为保障火星环绕器在途中及环火星轨道飞行过程中环境温度稳定，环绕器采用了高效率热回路循环与高温防护热控技术，解决了火星环绕器多工况复杂外热流控温、环火星轨道极端低温控温、近火星重力捕获高温热防护及大部件高精度控温等技术难题。为保证进入火星的过程中,要利用大气减速过程中的结构安全性，进入器设计了具有超轻特性的蜂窝格子增强树脂基烧蚀防热复合材料，解决了火星气动加热环境下超轻质材料高效热防护与超轻质结构协同工作难题，保障了进入火星大气过程中探测器内部结构温度的安全性。
“天问一号”任务的圆满成功为我国下一步火星探测取样返回任务奠定技术基础。
供稿：中国航天空气动力技术研究院
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