天问一号登陆火星的主要过程及物理学原理研究性学习报告
研究小组组长：张锦宣 研究小组成员：张锦宣
所在年级班级：高一年级卓越七班
指导老师：潘斐 学科：物理 研究时间：2024年7月15日----2024年8月31日
一、 课题名称：天问一号登陆火星的主要过程和物理学原理。 二、 课题研究背景：2024年7月23日12时41分，天问一号由神舟五
号遥四运载火箭从海南文昌航天发射场发射升空成功送入预定轨道。天问一号是中国自主发射的第一颗火星探测器。探测器将在地火转移轨道飞行约七个月后到达火星附近，完成火星捕获后进入环火轨道，随之择机展开着陆并进行火星探测任务。其既定目标是寻找当前和过去生命的证据并评估行星环境。
三、 课题研究的目标、对象：简述天问一号登陆火星的主要过程和物理
学原理。
四、 课题研究的方法和途径：通过上网查阅资料书籍 五、 课题研究的步骤及其过程：
第一阶段：查阅有关天问一号的新闻，百科，科普文章 第二阶段：对有价值的信息进行摘要，总结 第三阶段：对信息进行编辑，并进行总结
六、 研究结果以及分析和讨论：天问一号的成功发射，是对我国航天工
作者的辛勤付出的又一次肯定，也是对全国人民的一次鼓舞，作为中学生，我们有必要对天问一号的发射进行深一步的了解。通过此次研究性学习，小组组员已经对天问一号的相关知识有了一个初步掌握，并激发出对航天知识的浓厚兴趣。 七、 正文：
（一） 发射阶段：由于大气层的存在，在火箭发射的初期阶段里，
为克服空气阻力往往要消耗大量能量，这就要求火箭要用最短的距离冲出大气层最厚的部分以节省燃料，所以天问一号等众多火箭都采用垂直发射的方式。而要是航天器在太空中航行，必须使其具备第一宇宙速度（7.9km/s），然后依靠地球引力提供向心力维持在轨飞行，而不至于因为重力坠落。所以，火箭发射过程中还需要顺着地球自转方向，通过地球引力向东逐渐倾斜，这样就可以充分利用火箭随地球自转的惯性，获得较高的水平速度，以节省燃料，减轻火箭重量，并使火箭达到合适的高度，进入环地停泊轨道 。
（二） 地火转移阶段：因为地球和火星的公转周期不同，这意味
着火星探测器在地火两星距离最近时直线发射是行不通的，所以天问一号采用的是曲线轨道，即霍曼转移轨道。 当天问一号进入停泊轨道后，会在合适的时机向后开启其3000N的主发动机来加速，使天问一号获得第二宇宙速度（11.2km/s）,由于速度变大，让天问一号维持在停泊轨道所需的向心力也将变大，而地球引力无法提供足够的向心力，
这时天问一号将向远离地球的方向飞去，从而进入霍曼转移轨道，此后，天问一号将以每天30万千米的速度飞行完5亿千米后抵达火星。
（三） 火星捕获阶段：为了成功抵达火星，而不至于“飞越”或
“撞击”火星，在地火转移轨道上，天问一号需要经历四次中途修正和一次深空机动修正飞行路径来精准“命中”火星，在火星近火点实施制动，被火星捕获并成为火星的卫星。之后天问一号会向前开启发动机，慢慢减速，由于火星引力大于天问一号环绕所需的向心力，它将会慢慢飞向火星，进入火星停泊轨道，之后观测火星表面，预选着陆地点并调整姿态，为着陆做准备。
（四） 着陆火星过程：天问一号通过减速进入火星大气层，通过
整体和隔热大底气动减速约五分钟，着陆器从五千米每秒减速至数百米每秒。由于火星具有大气，所以可以采用降落伞减速，但是火星的气压仅为地球的百分之一，所以需要一个十分巨大的降落伞来增加与空气的接触面积以增大阻力，平衡重力。巨大的降落伞张开后，着陆器将减速至一百米每秒，随后隔热大底，降落伞及支撑结构被抛向火星来减轻着陆重量。随后，着陆器自带的反推火箭点火，最终在火星表面数十米的地方悬停，确认着陆地点并缓慢着陆。至此，天问一号才成功着陆，并开始工作。
八、 主要参考文献和参考资料：
1. 红星新闻《下一站火星：恐怖七分钟，天问一号五亿公里的闯关之旅》
2. 中国纪委国家监委网站《天问一号探测器成功发射 探火之路要经历什么》
3. 中国科普博览（知乎）什么》
《探测器从地球发射到火星的具体过程是
天问一号登陆火星过程研究性学习 - 图文
