火星探測這場馬拉松中國能跑第幾？

火星探測到底有多難？

火星是太陽系天空中一顆紅色的行星。它的半徑只有3395千米，是地球半徑的0.53倍，相當於月球那麼大。可是大家有沒有覺得奇怪，我們國家能夠在月球探測上做出 那麼多成績，火星探測卻沒有突破呢？ 其實火星探測的難度遠比探測月球大。

1、第一個難題是距離遠

火星距離地球最遠約4億公裡，最近也要約5600萬公裡，探測器抵達火星需要飛行這麼長的距離，距離遠了之後，隨之而來的問題會很多，比如：對發射、軌道、控制、通信、電源、入軌、著陸等技術都有很高要求。

在發射方面，火箭的運載能力、入軌精度和可靠性是實現火星探測的重要前提。月球探測器進入地月轉移軌道的速度為10.9千米/秒。而火星探測器要進入地火轉移軌道的速度必須達到至少第二宇宙速度（11.2千米/秒）才行。因此，發射同等質量的月球探測器和火星探測器時，後者必須用推力更大的火箭，使探測器直接進入地火轉移軌道，否則就需要消耗探測器自身燃料和更長的飛行時間加速，這會影響到探測器壽命，即使到了火星也很快會壞掉。

在通訊方面，由於火星距離地球非常遙遠，無線電波傳輸都需要好長時間，因此對火星探測器的控制要比登陸月球的探測器困難得多，相比地球上的太空飛行器回收也是完全不一樣的，這需要十分高端的通訊和控制技術，對我國來說也是一大挑戰，但是航天技術強國美國已經有過多次的火星探測器成功登陸經驗，也說明美國這方面的技術還是大大領先於世界上的其他國家的。

2、第二個難度是著陸難

火星的質量是月球的7倍多，根據萬有引力定律，火星的引力又比月球大得多，那麼探測器降落火星的時候受到的火星牽引力將更大，再加上火星有大氣層，而大氣層中又有風，不同高度的風又在向著不同的方向吹，所以探測器在降落火星的時候會遭遇很多不確定因素，唯有具備太空飛行器定點和安全回收的國家才有這個能力，比如中美俄三個載人航天技術比較成熟的國家，才能在技術上保證降落火星的探測器能夠安全平穩地降落到火星表面上。

火星探測最大的難點在於「恐怖7分鐘」——在進入、下降與著陸過程中，要在7分鐘內將探測器的時速從2萬千米降低到零。這需要融合多種減速手段才能實現，包括氣動外形、降落傘和反推等，也需要自主導航控制技術來保證。

火星探測器發射窗口期臨近，「種子選手們」摩拳擦掌，躍躍欲試

根據火星與地球的運動關係，再結合實際，考慮到當前運載火箭的能力，科學家們總要等到離火星最近的時機發射。由於每26個月才會出現太陽、地球與火星成一條直線的現象，此時從地球去火星，兩者距離最近。以這個時間點倒推100天左右發射飛船，才能趕上最短航程。在這個時間段內，從地球發射火星探測器，距離更短、攜燃料更少、成本更低廉，業內人士把這叫做火星探測器發射的「最佳發射窗口期」。如果錯過這次窗口期，下一次發射的好時機就要等到2022年。

此次馬拉松中，四號、五號種子選手已經退賽。3月12日，歐洲空間局(ESA)和俄羅斯航天集團 (Roscosmos) 宣布原本計劃在2020年7月發射的火星探測車將推遲進行。他們因疫情及技術因素影響，就要遺憾的錯過這次絕佳機會了。他們不得不推遲到兩年後發射。而中國和美國仍計劃在 7 月發射將要登陸火星的探測器，阿聯也計劃在相同時間裡向火星發射軌道探測器。下面來聊聊這幾位種子選手的情況：

1、實力雄厚，經驗老到的一號種子選手：NASA

有了幾次失敗的經驗以後，1964年4月，美國宇航局終於將「水手4號」探測器成功飛越火星，向地球傳回了人類史上第一張火星表面最近距離的圖像，從此開啟了人類空間探索的新時代。後來，在1976年7月20日美國「海盜1號」在火星著陸，成為全球首個能成功登陸火星的太空飛行器。2018年的「洞察號」登錄火星，美國已然是火星探索的老大。

此次窗口期，NASA將於7月30日發射「毅力號」火星探測器，這個火星探測器長3米，重1噸，有19個攝像頭、2個麥克風和1個2米長的機械臂。它最重要的儀器是兩臺鐳射雷射器和一臺X射線機器，當射線投射到巖石上時，可以分析巖石的化學成分，識別可能的有機化合物。同時搭載的還有一架1.8公斤的實驗性迷你直升機「機智號」。前往火星上35億年前曾是河流三角洲的區域，探尋古微生物的遺蹟。不得不承認我們和人家的差距還是很大的。

2、新秀選手：阿聯航天局

阿聯航天發展並不是全產業鏈式，沒有自主開發火箭，更沒有建造發射場，但通過商業操作、國際聯合模式，阿聯還是快速遞進式實現自己的太空目標。從零起步到建造衛星，從輸送航天員再到發射火星探測器，堪稱「太空新秀」的阿聯短短10年間一連串神速操作。快速的成長也增加了杜拜人的想像力，他們決定將「希望」號火星探測器的發射時間原則上定為阿聯時間7月20日凌晨01:58分（北京時間05:58分）。不過發射時間可能會根據發射場的天氣狀況進行調整。

希望」號火星軌道探測器計劃在火星上花費一年時間，也就是兩個地球年的時間研究稀薄的火星大氣。這項任務的工作人員希望飛船探測結果能讓科學家了解過去和現在的火星大氣層。但對於一個成立不到50年、2009年才第一次進入太空的國家來說，這次任務也是阿聯雄心勃勃的一步。

3、經歷過坎坷的種子選手：中國

早在2011年我國其實已經搭乘俄羅斯的運載火箭和福布斯火星探測器一同前往火星。不幸的是，由於變軌過程中兩次點火失敗，最終以失敗而告終。如今，再次出徵。長徵五號遙四運載火箭7月17日垂直轉運至中國文昌航天發射場發射區，計劃於7月下旬到8月上旬擇機擇機實施中國首次火星探測任務「天問一號」。

中國人在落後於人情況下如何做到底氣十足？

根據航天科技集團披露的信息，我國第一次探測火星，就將次性完成繞火星飛行、火星表面降落、巡視探測三大任務，難度極高。下面來看一下到底有多難！

具體的操作流程是這樣的：首先使用長五火箭將探測器發射至地火轉移軌道，隨後在地面測控系統的支持下，通過多次軌道機動和中途修正，在近火點實施制動，進入環火橢圓軌道，運行到選定的進入窗口後,探測器將進行降軌控制，釋放著陸巡視器。著陸巡視器進入火星大氣後，通過氣動外形、降落傘、發動機、多級減速、著陸反衝進行軟著陸，然後火星車(巡視器)和著陸平臺分離，開展區域巡視探測和相關的一些工程實踐活動。環繞器留在火星軌道，為火星車提供中繼通信鏈路，並開展環繞科學探測。

那麼難度體現在哪呢？利用1次發射完成「環繞」、「著陸」、「巡視」火星這3大任務，也就是所謂的「繞落巡」。本來就像我國探測月球的時候就是分三步走：第一步繞月飛行，第二步月球軟著陸，第三步把月球的樣品帶回來，簡單來講就是「繞」、「落」、「回」三個階段，這樣穩紮穩打。但是探測火星距離太遠，窗口期太難得，去一次「車票」太貴了，所以我們這次火星探索把前兩部合併為一步進行，但是主要是有技術支撐的。

1、力大無窮的「胖五」顯神威

長徵五號遙四運載火箭

長徵五號遙四運載火箭外形巨大，總長約57米，箭體直徑達到5米，而此前我國現役火箭箭體直徑最大的只有3.35米，由於其顯著粗壯的外形，被親切成為「胖五」。起飛重量為854.5噸，起飛推力為1062噸，近地軌道最大運載能力為25噸，地球同步轉移軌道軌道最大運載能力為14噸。這為火星探測器的發射提供了動力保證。

而且在發射前要對它進行發動機試車。

我們發動機在火箭上工作一次大概是500秒，現在試車是100秒，把有關的參數都拿到，但是又不過多去犧牲發動機的壽命。 除了真正要進入太空的這一臺發動機要進行100秒的短程試車外，研製團隊還會抽檢同一批次的其他發動機，進行500秒以上的長時間試車，從側面驗證它的性能和指標。我們的胖五經住了考驗為我們的發射成功增加了籌碼。

2、超深空測控網絡——千裡眼、順風耳

火星探測器探測距離儘可能接近4億公裡，火力轉移時間近7個月，這將是對測控通信系統前所未有的考驗。為此，西安衛星測控中心重點對兩個深空站的對頻率綜合系統、多功能數字基帶、監視和控制系統設備軟硬體進行升級，為執行相關任務提供更加穩定、強大的測控保障。另外，佳木斯深空站裝備有目前全亞洲口徑最大、接收靈敏度最高的深空測控天線，直徑達66米，在以往的任務中最遠跟蹤距離達到47.6億公裡。

3、地面應用接收系統

2020年4月25日，由中國科學院國家天文臺承建的首次火星探測工程地面應用系統，在天津成功實施完成70米天線反射體的整體吊裝，中國首次火星探測工程副總設計師兼地面應用系統總指揮李春來表示，70米天線今年10月能完全具備火星探測的數據接收能力。

總結

這次發射任務對於我們國家火星探測是一次絕佳的彎道超車的機會。但是也要正視自己的短板與不足，不能盲目的去追逐別人，畢竟他們也是經過好多次失敗才摸索出成功之路的。名次其實不重要，重要的是我們中國人即將邁出火星探索的一大步，為人類認識宇宙做出偉大的貢獻。讓我們拭目以待吧！我相信胖五一定可以！

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