天问一号和毅力号为什么选择完全不同的火星着陆技术？
北京时间2021年2月10日，中国“天问一号”进入环绕火星轨道，2月19日，美国的第五台火星车“毅力号”抵达火星，并直接登陆，于当天4时55分成功降落在杰泽罗陨石坑。
美国“毅力号”与中国“天问一号”区别在哪？
中国“天问一号”的总重量约为5吨，而美国“毅力号”探测器总重量超过4吨。由于“天问一号”实施近火制动过程中，将消耗近1吨燃料，将速度降低到大约每秒1公里，所以“天问一号”的有大约一半是燃料占重。而“毅力号”是直接进入火星大气，利用大气摩擦阻力进行减速，这样可以节省大量燃料。所以“毅力号”火星车在设计上更大更复杂，它还将携带一架名为“机智号”的无人机，其重量超过了“好奇号”火星车成为世界最大的行星漫游车，约为1043公斤。而“天问一号”除去推进剂的重量，环绕器大约重1.2吨，着陆器、火星车加起来重约1.3吨，其中火星车的重量约为240公斤。
毅力号
天问一号
01
中美两国在火星探测任务目标和技术方案上均不相同。
“毅力号”的任务目标是寻找地外生命，美国因为探索火星较早，积累了大量经验和数据，对火星地貌进行了详细的勘测，对着陆点比较熟悉，因此毅力号直奔主题。中国目前是首次探测火星，火星探测任务则是较为传统的“绕、落、巡”三步并作一步，在环绕火星的过程中对着陆区进行详细勘测再着陆，整个任务控制在三个月时间，可以理解为在其他国家曾经摸着石头过河的基础上，用一步走完多步。
02
毅力号所用着陆方案难度更大。
登陆火星，不论是火星着陆器（无法移动的）又或者是火星车（可以移动的），都需要经历三关：美国国家宇航局NASA JPL火星任务团队熟称EDL（进入、下降、着陆），整个过程需要经历空气动力减速、降落伞减速、反推动力减速，直至进入最后一关软着陆。要成功软着陆，最后一关共有三种模式：
1.安全气囊法
适合中小型探测器的安全气囊法，采用反推火箭助力减速，安全气囊包裹弹跳软着陆模式，让探测器从时速160公里降至时速48公里，弹性冲撞火星表面。这个过程中，即使撞到了尖锐的岩石也没事。这种被称为Vectran高强力聚芳酯纤维具有高强度、高弹性特点，强度是芳纶的两倍，足以经受住数次撞击、反弹减缓、直至静止，最终一次性放气。该着陆方式适合200公斤以内的火星车，比如美国的“勇气号”、“机遇号”。如果单纯采用反推火箭进行动力减速，很难控制质量很轻的探测器姿态，很容易倾覆，器毁车亡。
2.着陆支腿法
适合大型探测器着陆支腿法，降落过程中将采用反推火箭减速和着陆器支撑模式，从时速160公里降至时速10公里以下，逐步减速，并直至最后实现软着陆。这种着陆方式适合于几百公斤的着陆器或火星车，如美国的“海盗1号”和“海盗2号”着陆器、“洞察号”着陆器。中国的“天问一号”着陆器也将用这种模式挑战软着陆，稍有不同的是，除了反推动力减速，还特别增加了两次悬停操作，进一步降低着陆时产生的风险。这种稳健的方法得益于早前中国探月计划的嫦娥三、四、五号成功落月的实战经验。
3.空中吊车法
适合重型探测器空中吊车法，采用反推火箭减速+空中吊车悬停投放火星车模式。从时速160公里降至每秒0.75米的着陆速度，一旦火星车触地软着陆，立即切断绳索，空中吊车飞离。
美国“毅力号”在降落过程中采用的“空中吊车”方式，也与中国的“天问一号”计划采用的“降落伞+反推发动机”方式不同。这是继“好奇号”之后美国第二次采用“空中吊车”方式登陆火星，该技术的先进性和复杂程度极高，但可以满足大质量着陆任务的需求。
“空中吊车”从本质上还是采用反推发动机技术。不过中国的“天问一号”以及美国早期火星车如“洞察号”、“凤凰号”等，反推发动机在探测器下方，“空中吊车”方式则是火星车在下方，反推发动机从上面牵引。该技术具备2个优点，一是可以避免因发动机推力过大溅起火星表面的尘土，对探测器造成影响；二是将悬吊着的火星车“放”到地面，对落点的平整度和坡度要求不高。
但“天问一号”的着陆方式，对地面平整度要求很高。因此它将沿用我国探月工程中“嫦娥”落月所用的悬停避障技术，确保落在地势较为平坦的地方。
03
“毅力号”释放火星上的首架人类直升机
除了降落、火星车本身差距以外，“毅力号”还将首次在地球以外的其他星球释放无人机，除了在大气稀薄的火星起飞无人机存在一定不确定因素外，假设“机智号”成功飞行，“机智号”将通过火星车进行通信，然后火星车与轨道飞行器进行通信，轨道飞行器又与地球进行通信。本次火星直升机项目主要是为了进行技术验证，并没有被赋予太多任务使命。火星直升机比轨道上的人造卫星分辨率更高，而且比火星车更加灵活，机动性更强。一旦飞行成功，将为未来火星探测增加了全新的方式。
机智号 Ingenuity无人机｜NASA
在地外探索上，美国自冷战以来积累了各种技术和经验积累，得益于深空监测网和其他技术，中美依然存在较大差距，两国在探测领域一定要做出比较，形象的说类似于一个已经上了七年学，今年刚到初一，而中国则相当于一个刚入学直接跳至五年级的优等生。