火星探測、衛星搜尋、星球大戰，你有怎樣的「天問」？

探測火星的「發射窗口」已經打開，

7月20日，阿聯的「希望號」率先出發，

7月23日，中國的「天問一號」順利發射，

美國的「毅力號」也將緊隨其後，

計劃於本周四發射。

確定火星上是否有生命，

是美國「火星2020任務」的科學目標之一，

也是科學家們一直孜孜以求的問題。

2020年的地球命運多舛，但災難沒有阻擋住人類探索太空的腳步，約150次的航天發射讓今年成為了世界航天發射大年。而自古以來，地球上的人們對於天空的追問從未停止。當「天問一號」在火星探測時，我們能看到火星嗎？馬航為什麼躲過了衛星的「眼睛」？北鬥導航衛星如何充當福爾摩斯來「斷案」？昨天（26日）晚上，文匯APP互動群劉雲燁組自主策劃輪值講座、實施了線上話題分享《世界衛星發射大年——我們一起來「天問」》，滿懷好奇和希望，向著火紅的星球開啟「天問」之旅，為學科學、講科學、愛科學營造了濃鬱的交流氛圍。

7月26日晚上，文匯講堂聽友在騰訊會議開啟「天問」之旅，60餘人參與

一問：「天問一號」為何選擇在文昌而非西昌發射？

——低緯度、近赤道，可得到更大的地球線速度

我國有西昌、文昌、太原以及酒泉四大衛星發射中心。「天問一號」出徵，為何會選擇在文昌發射？畢業於復旦大學物理系、原上海工程技術大學副教授楊國平介紹，文昌和西昌衛星發射中心具有良好的緯度條件，主要承擔地球同步軌道衛星、大噸位衛星、大噸位空間站和深空探測衛星等太空飛行器的發射任務。其中，文昌以靠海港，運輸方便，火箭可以海上運輸，箭體直徑不再受鐵路橋梁涵洞限制、航區及落區安全性好、緯度更低（西昌北緯28度，文昌約北緯18度）等優勢，在發射同類衛星時，會成為首選發射場。這次「天問一號」選擇在文昌衛星發射中心發射，低緯度、近赤道是最重要因素。因為「天問一號」要從地球軌道轉移到火星軌道，需要第二宇宙速度的推力（11.2km/s），在低緯度發射，可以得到更大的地球線速度（赤道的線速度是465米/秒，比音速還快），從而提高火箭的運載能力和衛星的壽命。

文昌發射場航拍圖

二問：「天問一號」為何選擇在今年7月發射？

——如「狼追兔子」，根據約定會合時間等參數倒推發射時間

火星軌道和地球軌道的周期不一樣，地球到火星的距離是一種動態的關係，大約每26個月會接近一次。因此，火箭發射必須考慮兩個重要因素。首先在路徑選擇方面，必須滿足能量消耗最小的霍曼轉移軌道（一種變換太空船軌道的方法），並約定會合策略。何為「約定會合」策略？楊國平解釋，這類似於狼追兔子的問題。據說，達文西曾提出，假設一隻兔子和一隻狼同時發現對方，並開始追逐，狼直接跟在兔子後面追不一定能趕上兔子，但若計算好兔子回巢的路徑，往其巢穴方向追，就一定能追上兔子了。正因如此，現在的「天問一號」並不是衝著火星去的，而是選擇一條能量消耗最小的軌道，直接奔向七個月後火星要到達的軌道地點，在約定的地方同火星會合。另外，「天問一號」選擇在7月下旬發射，是準確計算時間的結果。事實上，我們是根據約定會合時間和霍曼軌道路徑長度、探測器速度等參數倒推發射時間，所以不是在地球離火星最近時發射，而只有在火星與地球處於一定的角度，才能滿足即沿著霍曼軌道、又能同時到達這二個要求。而這個合適角度，也是每26個月才出現一次。

地球繞日軌道與火星繞日（非精確模擬）

也有人疑問，當「天問一號」在火星探測的時候，我們能看到火星嗎？楊國平回應，今年看火星的最佳時間是在10月14日前後，但此時「天問一號」還在飛往火星軌道的路上。7個月後，當「天問一號」到達火星時，幾乎看不到火星了，如果要再次在晚上看到火星，就要到2022年年底了，這個窗口期，也是26個月。

至於火星對人類的意義，楊國平感言，「追溯源頭，是火星的『熒惑』改變了人類的命運。從這點上說，人類去探測拜訪火星，表達感恩之情，完全是應該的。」因為古人認為，行星都是繞著地球轉的，行星不應出現「逆行」的情況，火星的「逆行」行為，讓他們感到困惑不解。中國古人給了它一個名字「熒惑」。「熒惑」引發人類的好奇心，哥白尼為了解釋火星「逆行」現象，提出了「日心說」，從此開啟了現代科學之門。牛頓力學完全是建立在克卜勒行星運動定律和「日心說」基礎上的，沒有牛頓力學，衛星根本上不了天，那麼「天問一號」根本到不了火星。

三問：影響衛星定位準確的因素與解決辦法有哪些？

——時間精度是關鍵技術，在實踐中依靠原子鐘來確定時間

「眾所周知，平面上要確定一個點，就需要兩個坐標點，而在中間確定一個點就需要三個坐標點。因此，天上至少有三顆衛星，才能確定定位。」楊國平指出，定位衛星主要做兩件事，一是告訴用戶它在什麼地方，二是告訴用戶當前的時間。據此，就可以得知衛星的距離（信號發射的速度乘以時差）。難點在何處？信號在大氣中的速度並非是恆定的，可能由於大氣的各種因素導致一定的誤差。而信號的速度對於確定定位又是極其重要的因素，因此，衛星的關鍵技術就是時間精度。實踐中，往往依靠原子鐘來確定時間，其精度可以達到每2000萬年才誤差1秒。它最初本是由物理學家創造出來用於探索宇宙本質的，從未想過這項技術有朝一日竟能應用於全球的導航系統上。

原上海工程技術大學副教授楊國平講解火星探測與衛星發射原理等知識

四問：在激烈的太空競爭中，中國衛星目前的發展狀況？

——探月工程循序漸進，從無人到載人，科學地發展

在人類尚未盡攬太空浩瀚之時，就對太空的重要性有了廣泛的共識。美國參議員羅伯特·史密斯曾說，「誰控制了太空，誰就將控制地球的命運。」自1957年第一顆人造地球衛星成功發射以來，人類在探索太空的過程中雖然有國際空間站這樣著名的國家合作範例，但國家間的太空競爭從未中斷。

上海老科協科普講師團講師、前往文昌實地觀看「天問一號」發射的高工柴忠餘，在介紹上個世紀美蘇太空競爭後梳理了中國衛星的發展現狀，2011年9月29日，中國發射了天宮1號目標飛行器。天宮1號分別與隨後發射的神舟8號、9號、10號飛船交會對接，從而使中國掌握了交會對接技術，為開展中國的空間站建設奠定了基礎。神舟飛船是中國自行研製，具有完全自主智慧財產權，達到或優於國際第三代載人飛船技術的飛船。我國即將實施的嫦娥五號任務，則是圍繞月球採樣返回的主要目標打造的無人探測任務。中國探月工程循序漸進，從無人到載人，科學地發展。

高工柴忠餘（右下）分享了在文昌實地觀看「天問一號」發射的見聞。左為距發射基地2.9km處的三層觀摩小樓

五問：馬航為什麼躲過了衛星的「眼睛」？

——用高解析度的衛星僅能重點區域搜尋，無法覆蓋全球

馬航MH370失聯事件曾引起世界的極大關注，據馬來西亞交通部2018年發布的失事報告顯示，確認班機曾經在人工控制下改變航向。那麼該班機為什麼躲過了衛星的「眼睛」？來自邯鄲的小學教師李志國將之概括為三個方面，首先，衛星是有自己的軌道的，兩次經過同一地點的時間間隔可能長達數天或者數十天。如果想要很快看到出事地點，就需要變軌飛行，這是很消耗燃料的。衛星上的燃料是用來維持軌道高度的，如果消耗掉了，衛星的壽命就會大大降低。所以說這次馬航事件，中國變軌了10顆衛星，代價是相當高的。

其次，遙感衛星根據不同的用途設計的解析度不同，解析度變高了，衛星一次成像所能看到的範圍就很小了。用高解析度衛星滿世界找馬航的飛機是不可能實現的，最多只是重點區域搜尋。要知道，衛星影像覆蓋全球，至少要一年以上的時間，即便是現在最先進的衛星或是偵察雷達，還存在很大的局限。

第三，現代所有客機都載有GPS定位系統，也有雷達自動應答機，因此客機飛行中的位置是由多個信號提供的，可以來自空管雷達，可以來自應答機，也可以來自由機組提供位置信息的通訊信號，所以在正常情況下這些流程都沒有任何問題。但通訊系統是可以關閉的。當馬航MH370從空管雷達上消失之後，只能從各地軍用雷達中搜索數據，這個數據是軍事機密。所有證據表明，馬航當時並沒有失蹤，也沒有墜毀。由於飛機上與地面飛行控制中心的飛行識別儀被神秘關閉或者被屏蔽，飛機只是失聯。而在飛機出事前，剛剛由波音公司進行過整個飛機的大檢修，也就是例行的「售後服務」。當馬航轉向了茫茫的印度洋，周圍有效搜索範圍內並無雷達。

馬航MH370在印度洋南部墜毀

六問：發射過66顆衛星的摩託羅拉「銥星計劃」為何沒有了下文？

——地面通訊技術獲得更快發展，目前衛星移動通信和5G移動通信為互補方式

在網絡覆蓋的問題上，除了傳統陸地基站之外，衛星也非常有用。電子工程師張立權提及一個最著名的衛星通信，即摩託羅拉的「銥星計劃」。1980年代，摩託羅拉的一位工程師巴裡·伯蒂格的妻子在度假時抱怨手機沒有信號。巴裡與另外兩個工程師商量解決方案，由此產生了「銥星計劃」，通過天基——向天上運送77顆近地衛星組成的星群，使用戶可以在世界上的任何一個地方通電話。該計劃一旦成功，就能實現任何人在任何地點、任何時間與任何人、採取任何方式進行通信。最後，出於技術和成本的考量，實際只使用了66顆衛星。十一年後，摩託羅拉耗費了大量資金的銥星星座雖然成功上天，但地面通訊技術獲得了更快的發展，幾乎無人需要摩託羅拉昂貴的衛星通訊服務。直到今年，馬斯克的「星鏈」計劃才重新吸引了人們對衛星通信的目光。

早期的銥星計劃

就目前來看，衛星移動通信和5G移動通信是互補的通信方式。例如今年7月7日，我國第一架高速衛星網際網路飛機青島航空QW9771航班在青島舉行首航儀式，與使用傳統Ku衛星的網際網路飛機不同，本次航班適配的高速互聯繫統基於中國首顆且唯一一顆Ka頻段高通量衛星-中星16號，提供的帶寬達到了150Mbps。飛機在萬米空中可以實現百兆以上的高速率聯網，為乘客帶來與地面上像4G一樣的網絡衝浪體驗。張立權為此信心十足，「隨著技術的發展，相信未來衛星移動通信和5G移動通信會朝著融合發展的方向前進，乘法效應是很可能發生的，我們可以腦洞大開暢想未來！」

2020年7月7日，中國首架國產高速網際網路飛機青島航空QW9771航班首航儀式在青島開幕

七問：北鬥導航衛星能否充當福爾摩斯來「斷案」？

——證監會藉助北鬥找扇貝，一連串「彌天大謊」被揭開

回望過去十年，汶川地震成為一個起點，讓我們開始一步步引入北鬥的力量，提升對抗災難的能力。「有了北鬥的支持，直升機飛行幾乎不受地形、時段和能見度影響，始終置於地面指揮系統全程監控引導下。」北鬥為災區一線和指揮部建立了實時通道，它還立下了哪些功勞？畢業於上海財大經濟倫理與經濟哲學專業的博士周楠，以多年來公然連續上演「扇貝跑路了」、「扇貝餓死了」等的獐子島造假事件為例，其真面目日前被揭穿也有賴於北鬥衛星系統。

獐子島的扇貝謎團源於2014年，當年獐子島宣布前三個季度盈利，但是沒過多久便說早遇到幾十年一遇的「冷水團」，導致扇貝跑沒了，所以最終前三個季度財報變成虧損8億。同樣的戲碼在2015年、2017—2019年繼續上演……獐子島的扇貝失蹤已經成為「人盡皆知」的謊言，甚至獐子島自己都知道人們知道它的謊言，可是這個謊言始終沒辦法揭穿，因為海底到底是個什麼情況，我們沒法知道，只能是獐子島自己說了算。這一謎團背後實際上反映了生物資產數據的計量與評估難題。但北鬥衛星卻在此時大顯身手。對生物資產數據進行評估的傳統方法大多數是以「數」論「數」，也就是要想方設法數清楚到底有多少資產。而北鬥導航系統提供的衛星數據則給這類數據評估提供了一個新思路，在對獐子島財務數據進行評估的過程中，北鬥導航系統提供的最核心的數據是扇貝採捕船隻的導航定位信息。

衛星導航系統最大的優勢是它有「千裡眼」，可以很好地用於數據的溯源追蹤和數據預測。根據船隻的定位數據調查人員最終「回到過去」，弄清楚了船隻到底去了哪。

證監會藉助北鬥系統還原了獐子島公司真實的捕撈區域

八問：未來的星球大戰會是什麼樣的？

——在沒有發展和研究出外星移民的前提下，星球大戰不可能

美國科幻電影《星球大戰》火了四十多年，其中的各種科幻元素是否可以變為現實？未來會有星球大戰嗎？來自廣西的大學教師王迥暢想，「地球時代不會有星球大戰，發展出外星移民後，為了互相爭奪另外的星球資源，或者想脫離地球某政權的管轄而自創外星政權，或會導致爆發星球大戰。」他認為，發生星球大戰的前提是有其他外星可以適合人類生存。不僅能生存，還能提供人類發展的資源。在沒有發展和研究出外星移民的前提下，發生大規模星球大戰是不可能的。畢竟地球時代地面部隊能搞定的事情何必在外太空搞呢？

衛星互相攻擊算不算星球大戰？王迥提出如是疑惑，「目前人們為了自由的生活空間會更善待生活環境和和平氛圍，會有一個階段是人類跨越國家和種族，一起發展合作並研究新的能源和技術科學，如研究星球移民。但是如果各個國家都發展出相同的外星移民技術，為了佔有其他星球的資源和生活空間而發生星球大戰的可能性極高。」

輪值組聽友、信託從業人員高平主持本次線上分享

數十年前，美國國家航空航天局「維京任務」的生物標記實驗得出了存在生命的結果。儘管官方報告稱其沒有提供明顯證據，但至今仍有科學家沒有放棄火星生命假說，更有甚至提出了驚人的假設——「火星蘑菇」。不過，英國《自然·天文學》雜誌的研究稱，依據火星上的二氧化碳含量，不足以讓人類在現有的技術條件下，實現火星的「地球化」。究竟誰是誰非，或許這次的火星探尋之旅將給我們答案。

天問，先源於自問。在人類向自然扣問之際，中國應當承擔這份為人類做貢獻的責任。

編輯：袁琭璐