见证历史！我国首个火星探测器“天问一号”发射成功将挑战「三步走」开启中国航天新篇章

  北京时间 2020 年 7 月 23 日 12 时 41 分，海南文昌航天发射场，搭载着“天问一号”探测器的长征五号遥四运载火箭成功发射，我国首个火星探测任务顺利开启！

  集轨道飞行器、着陆器、火星漫游车于一身的“天问一号”，按计划将在约 7 个月后到达神秘的红色星球，我国将向着全球第三个降落在红色星球的国家这一目标前进。

  由于公转的原因，当前正值火星探测窗口期，火星到地球的直线距离最短，因而探测火星所需时间短、所携燃料少、成本也更低。

  面对这个错过要等 26 个月的火星探测良机，阿联酋沿轨道巡航的“希望号”火星探测器已于本周一顺利发射，而美国“毅力号”火星车暂定于本月 30 日发射。

  作为本轮火星探测竞赛第二位出场的选手，总重约 5 吨的“天问一号”作为世界领先探测器之一，设计更为独特，包括：

  一架轨道飞行器，置有探测火星地形地貌、岩石分布和气候平均状态随时间的变化的 7 台科学仪器；在火星车探测期间还将作为通信中继器；

  一个着陆器，将完成进入大气减速下降、落火、延伸坡道等一系列动作，以便火星车驶向火星表面；

  一辆火星漫游车，置有 6 台科学仪器，将探测火星地下土壤分布和成分，并探究地下水是否有分布。

  三部分中，最需要我们来关注的是火星漫游车，这也是中国首辆火星车，将对火星进行全方位的探测。

  火星车重量约 240 公斤，为“毅力号”的四分之一，以太阳能电池为动力，设计寿命 90 天，但可正常使用 2-3 年。其顶端有避障的全景相机和可识别矿物质成分的多光谱相机，另配有 4 个太阳能电池板、探测雷达、磁场探测仪和气象测量仪。

  就在昨日，“天问一号”1:1 火星车正式对外发布，其征名工作也已面向全世界展开。

  整体上，“天问一路”探火的最大的目的在于——采集火星影像、探测表面物质及构成、内部地质结构、火星气象与环境等。

  接着，着陆器将软着陆并进行定点探测，预计将于 2021 年 4 月 23 日登陆。

  可见，这一任务将一次性完成“绕-落-巡”三步，其意义非凡——按计划，这将是全球首次探测火星就实现软着陆的任务。若任务顺利完成，中国必将跻身太空探索领域领先者之列。

  与此同时，此次搭载“天问一号”探测器升空的长征五号遥四运载火箭实力也不容小觑。

  长征五号遥四运载火箭体型巨大，长约 57 米，起飞重量约 870 吨，箭体直径 5 米，而此前我国现役火箭箭体直径最大的仅有 3.35 米。

  而作为我国现役运载能力最强的火箭，其起飞推力超过 1000 吨、运载能力近 25 吨，将我国现役火箭的运载能力提升了 2.5 倍。

  火星探测本就是航天领域的一大难点，完成“天问一号”任务的火箭也非长征五号遥四运载火箭莫属。

  此外值得一提的是，火星探测任务对于测控通信系统而言也是一大考验。基于此，“天问一号”将使用我国独立的深空网，而西安卫星测控中心喀什深空站、佳木斯深空站将提供全程测控支持。

  雷锋网了解到，上述两大深空站已携手完成包括嫦娥三号、嫦娥四号等在内的多次测控任务。

  正所谓“荧荧火光，离离乱惑”，火星被古人称为「荧惑」，被认为是战争、死亡的代表。

  千百年来，人们对这颗红色星球的好奇心从未消失，但火星探测绝非一蹴而就，直到 4 年前，中国火星探测计划才正式提上日程。

  2016 年 1 月 11 日，中国火星探测任务正式立项，在 2020 年左右发射一颗火星探测器的想法埋下了种子。

  经三年努力，2019 年 10 月 11 日，中国火星探测器亮相。一个月后，中国火星探测任务也首次公开。

  2020 年 4 月 24 日，中国行星探测任务被命名为“天问”，首次火星探测任务被命名为“天问一号”。

  这之后，“天问一号”任务进入最后的准备阶段，等待 26个月一遇的「探火」良机。

  尽管航天人为了确认和保证我国首次火星探测任务顺利完成，在前期尽全力攻坚克难，但火箭成功发射仅意味着第一步成功迈出，一切才刚刚开始。

  可以说，这次任务“维持的时间长、风险环节多、实施难度大”，面临的挑战是前所未有的。毕竟，一次性实现“绕-落-巡”三大任务，这在世界航天史上还是首次。

  其一，即便在窗口期，火星也依旧是一颗遥远的星球，探测器携带有限燃料出远门，为探测器飞行轨道的精密设计提了很高的要求。

  其二，若探测器经过 6-7 个月漫漫旅途后顺利进入火星轨道，能否被火星捕获也是一大难点，切入点的远近必然的联系到探测器是被捕获、掠过火星还是坠毁。

  其三，整个任务最大的挑战便是如何成功着陆火星。探测器将 4.8km/s 的速度降到 0，需要 7 分钟左右，而这样的一个过程也常被称为「恐怖 7 分钟」。何时减速、进入大气的姿态与角度如何，都需要精准控制，但鉴于人类对火星的认知不足，加之地火之间单程无线电信号的延时问题，依靠地面指挥实属不易。

  在世界上现有的 40 余次火星探测任务中，能够安全度过这 7 分钟的仅有 9 次。

  需要说明的一点是，自上世纪 60 年代以来，探测火星几乎贯穿着整个人类航天史，但直到今天，全世界内火星探测任务成功率还不足五成。

  1960 年 10 月，前苏联连发史上首枚、第二枚探测器“火星 1A 号”和“火星 1B 号”，却连地球轨道都未到达。

  此后，前苏联和美国的探测器或发射失败、或与地面失去通信联系、或被烧毁，多次尝试均以失败告终。

  1964 年，失败魔咒首次被打破。12 月 28 日发射的美国“水手 4 号”，于 7 个月后终于在距火星表面 9800 千米的上空掠过火星，向地球发回 21 张照片，这也是史上首个成功到达火星并发回数据的探测器。

  1970 年代，火星探测器（美国“水手 9 号”）才首次进入环绕火星轨道。

  此后，日本、欧洲航天局、印度纷纷加入火星探测的队伍，加上本周一发射的阿联酋“希望号”，人类向火星发射航天器已有 47 次。

  然而，截止目前，有 11 次任务连地球引力范围都没出，而在成功前往火星的 35 次任务中，就有 5 次中途失联。

  在好莱坞科幻片《火星救援》中，宇航员马克遭遇风暴，被迫成为了“火星上的鲁滨逊”。为了活下去，曾是植物学家的马克开始自制肥料，在火星上种土豆。

  究竟能否在火星上种土豆，虽然这样的一个问题对于还未登上过火星的人类来讲还是个谜，但人类移民火星的美好设想一直存在。

  科学界较为一致的看法是，如果人类未来要星际移民，火星将是太阳系中最值得研究的一个星球。

  地球与火星几乎都于大约 45 亿年前形成。作为太阳系从内向外数的第四颗行星，火星是太阳系中自然环境最接近地球的星球，组成成分相同，自转轴倾角、自转周期与地球相近（一个火星日约为 24 小时 39 分），也存在四季变化。

  值得一提的是，火星并非“火球”，由于土壤富含氧化铁，其表面呈现红色，但实际上温度极低，火星表面温度白天为零下 5 摄氏度，夜晚则可达到零下 87 摄氏度。

  而火星表面的氧化铁土壤正是经风和水的双重侵蚀产生，也就是说，曾经的火星上存在着大量水和大气。

  虽然如今的火星是一颗沙漠行星，表面多是沙丘和砾石，大气中主要是二氧化碳，尘暴频发，但其重力约为地球的五分之二、大气稀薄且存在液态水痕迹，因此改造后有望成为人类移民的首选星球。

  纵使未来移民难以实现，研究这颗神秘的星球，也将让我们对地球、太阳系、乃至宇宙更为了解。