2020年7月23日12時41分，海南省文昌市長徵五號遙四運載火箭託舉著我國首次火星探測任務「天問一號」探測器，在中國文昌航天發射場點火升空。圖／中國新聞圖片網
7月23日12時41分，中國首次火星探測任務天問一號探測器，在海南島東北海岸中國文昌航天發射場，由長徵五號遙四運載火箭發射升空。火箭飛行約2167秒後，並成功將探測器送入預定軌道，開啟火星探測之旅。
按預定計劃，「天問一號」將在漫漫太空中飛行約7個月的時間，於2021年2月11日抵達火星，2月21日變軌進入停泊軌道，4月擇機登陸。
「天問一號」將首次完成人類歷史上一次性實現火星環繞、著陸、巡視探測三大目標的深空探索任務。也就是說，今天的發射成功，意味著中國的火星探測之旅至此剛剛邁出第一步。
著陸火星是技術難點
「天問一號」藉助文昌發射場低緯度帶來的較大初速度，經過長徵五號的多級加速，迅速超過第二宇宙速度，徹底擺脫地球引力的束縛，直接進入地火轉移軌道。在地火轉移軌道上，「天問一號」只需通過幾次點火修正軌道。與此同時，地面上的多個測控站會一直跟蹤探測器的位置和速度信息，確保探測器處於正軌。這一飛行過程約7個月。
飛臨火星附近後，「天問一號」將在地面測控系統的支持下，通過「剎車」減速，被火星引力捕獲，進入環火橢圓軌道，進行環繞火星飛行。抵達火星兩三個月後，天問一號環繞器將分離釋放著陸巡視組合體。此後環繞器繼續繞行火星，著陸巡視組合體將進入火星大氣層，擇機進行著陸。
著陸是火星探測任務中困難的部分。著陸期間，由於距離過於遙遠，地球和火星的雙向通訊延時將長達幾十分鐘，而著陸過程只有七八分鐘。地面工作不可能人工控制複雜的火星著陸過程，因此探測器只能依靠自身完成著陸。安全軟著陸後，火星車將與著陸平臺分離，獨自開展區域巡視探測和相關工程實踐活動。環繞器將為火星車提供中繼通信鏈路，並開展環繞科學探測。火星車計劃開展約90個火星日（每個火星日約為24小時40分鐘）的巡視探測工作。
火星是太陽系中與地球環境最為相似的行星，因此天問一號的探測任務對研究地球早期歷史和生命起源有著重要價值，此外，開展關於火星的深空探索，對人類拓展生存空間也具有重要意義。
據國家航天局，首次火星探測任務的科學目標，主要是實現對火星形貌與地質構造特徵、火星表面土壤特徵與水冰分布、火星表面物質組成、火星大氣電離層及表面氣候與環境特徵、火星物理場與內部結構等研究。
中國科學院院士歐陽自遠曾介紹，天問一號的軌道器和火星車搭載了礦物光譜儀、高能粒子分析儀、雷射擊穿光譜儀等13臺儀器。這些儀器分別承擔著火星地形地貌、巖石分布、氣候變化和地下土壤分布、土壤成分和地下水分布的探測。此外，天問一號火星車上還搭載了一臺氣象站，負責探測記錄火星的氣候變化。
為探索繪製火星的地質結構圖，環繞器和火星車均配備了探地雷達；環繞器上的雷達可以透視幾千米深的地層，而火星車上的雷達則可以幫助科學家了解火星地表以下的水冰分布。
多國為何集中發射？
此前，阿聯「希望」號火星探測器已於7月20日發射升空。美國航天局「毅力」號火星車也已經進入發射「倒計時」，預計將於7月30日發射。
與火星相比，地球距離太陽更近，環繞太陽一周需要約365天，火星則需要約687天。公轉周期的差別導致地球和火星之間距離時刻處於變化中，從5500萬千米到4億千米不等。從地球視角來看，二者每約780天才會合一次，此時兩顆行星距離達到最近。
因此，火星探測器的發射時間要求很苛刻，必須在每次地球和火星會合之前幾個月、火星相對於太陽的位置領先於地球特定角度的時候出發，瞄準6-11個月之後火星的位置進行發射。在此期間，地球和火星處於適合展開太空任務的理想位置，從地球上發射火星探測器可以縮短抵達火星耗時，節省燃料，從而降低火星探測成本。
今年7月到8月正是火星探測發射窗口期，從7月23日開始，地球和火星的距離將縮短到1億千米以內，多國均選擇在此期間發射火星探測器。
由於每次地球和火星會合機會帶來的理想探測窗口僅在1個月左右，如果探測器無法在窗口期內成功發射，就要等到約26個月後的下一窗口期。長時間的等待，將讓設計壽命有限、且保管維護成本巨大的探測器付出很大代價。美國宇航局局長吉姆·布裡登斯汀曾表示，如果「毅力」號火星車錯過今年7-8月的發射窗口期，將付出至少5億美元的損失。
中國國家航天局探月與航天工程中心深空探測總體部部長耿言曾介紹，人類的探火史可大致分為三個發展階段。1960～1970年為第一階段，彼時國際深空探測尚處研究初期，相關國家主要以火星飛越探測、傳送火星圖片與探測大氣參數為主，但探測任務成功率並不高。1970～1990年為第二階段，美蘇重新展開火星探測活動，以軌道環繞與著陸探測為主。而1990年代至今則是第三階段，火星探測重新成為深空探測的熱點。以美國為首的多個國家地區分別開展火星探測活動，探測方式主要為著陸探測，主要目標是尋找火星水存在的證據和生命跡象。
自1960年代以來，人類就開啟了探索火星的實踐，邁出探索腳步的國家包括美國、前蘇聯、俄羅斯、歐洲、中國、日本和印度。在44次探索任務中，只有20餘次完全或者部分實現了目標。其中，美國的四次探索任務分別創造了人類第一次成功接近火星、繞飛火星軌道、著陸火星、開展火星地面探測的歷史。換言之，只有一半左右的火星探測任務取得了成功，能夠著陸火星並成功開展探測任務則僅為個位數。
【來源：漢新聞】
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