印度首次火星探測都成功了，為什麼還說天問一號的挑戰極大？

2020-08-23 小民科

地球與火星的直徑加起來不過2萬公裡，而地球與火星間的距離為5600萬-4億公裡，這距離以光速來進行的單程信息傳遞時間就需要3-22分鐘之久。

這樣的大小，這樣的距離，我們要將火星探測器發送到火星上，有人說這就好比在巴黎打高爾夫，然後讓它恰好落到東京的一個球洞裡一樣的道理差不多。

當然，這種比方是不現實的，畢竟一桿子打出去的探測器，它在飛行的過程中是可以被不斷調整的。

但火星探測的難度，確實也是肉眼可見的，如果我們將火星探測經常取得成功的美國排除在外，單看曾向火星探問過的俄羅斯，歐洲，日本，印度就知道了。

俄羅斯跟日本的火星探測都失敗了，而歐洲的火星登陸也失敗了，只有印度的成功了，而且還是首次探測就成功的那種。

那為什麼印度首次火星探測就取得了成功呢？

印度的首顆火星探測器曼加裡安號的成本僅有7300萬美元，可以說非常廉價。

因為火箭的運載能力有限，所以廉價的同時也比較輕，這是很正常的，但真正的關鍵在於它真的實現了在巴黎將高爾夫球打進東京的球洞的難度，這一點確實是令人驚嘆的。

不過實際上印度自己或許也知道，單靠自己的實力來打進那個那麼遙遠，且還那麼小的洞是不太現實的，所以他們才需要依靠NASA提供的技術監測來調整探測器在路途中的運行來實現的。

也就是說，印度曼加裡安號的成功，很大程度上是跟著NASA的導航走出來的，畢竟現在的美國，玩火星熟練的程度已經不亞於現在的我們玩月球的了，有他的輔助，印度能一次成功，這也就用不著意外了，畢竟曼加裡安號也才1.3噸，與我國5噸的天問一號相差了三四倍，他們輕裝上陣當然也就更容易一些了。

而於我國呢？像探月一樣，此次的火星探測也是獨立去幹的，可以這麼說，火星探測是我國需要將現有的工程技術發揮到極致的一項任務。

從俄羅斯，歐洲，日本火星探測失敗的案例中就可以看得出來，我國此次的火星探測的難度會有多超高了。

火星探測的本身需要三大基礎，第一是火箭的運載能力需要足夠的大，而我國現役最強的長徵5號火箭，它的地火軌道轉移能力達到了5噸以上的級別，可以說這個基礎能力，我們早就具備了。

第二是時間窗口，因為地球與火星運行軌道及速度上的不同，兩顆星球接近一次大概就需要780天，而我們需要在地火距離最近的數月前出發，最終讓探測器在地火會合期抵達火星，這樣做的最大好處就是省時省力省燃料。

而今年的時間窗口就在七月的下旬到八月的上旬，同時借著這個窗口出發的除了我們中國之外，還有阿聯跟美國。而歐洲空間局與俄羅斯航天局合作研發的火星探測器原定於今年的7月發射，但因疫情及其他技術因素影響，不得不推遲到下一個時間窗口了。

第三是軌道設計，由於燃料動力的限制，目前人類要飛往火星，唯一的方式就只有「霍曼轉移」了。

這種轉移需要兩次加速，第一次加速的目的是擺脫地球進入地火轉移軌道，第二次加速是讓探測器趕上火星環繞太陽的軌道，然後切入環繞火星的軌道。

這種轉移看似簡單，但它的根本要求必須精準，因為火星的質量本就只有地球的10.7%，引力範圍很小，如果速度控制及軌道切入得不精準，就有可能無法被火星引力捕捉到。

同時在探測器轉移的整個過程中還需要考慮到其他天體引力，太陽風以及空間輻射等的影響，比如我國首顆於2011年11月8日搭載俄羅斯的天頂-2SB運載火箭升空的火星探測器「螢火一號」，就因為晶片遭受輻射損壞，導致第二次變軌失敗，最終於2012年1月15日墜入太平洋的。

在深空的探測任務中，軌道的設計完全可以說，「失之毫釐，謬以千裡」，可見這軌道的設計的難度會有多大了。

對於火星探測來說，單完成探測器從地球軌道到火星軌道的成功轉移就已經很有難度了，但是為什麼天問一號還執行登陸及巡航的任務呢？

火星探測的整個項目的成本極高，所以一次出動就需要儘量發揮其可以發揮的科研價值。

對火星探測只繞不登陸，目前包括NASA的奧德賽號，偵察軌道器，Maven大氣專家，歐洲的火星快車，ExoMars- TGO以及印度的曼加裡安號等的6顆火星軌道在工作，假如我們也只是環繞火星，那已經不太可能會取得什麼更有價值的探索成果了，所以要讓天問一號發揮出更大的價值，那必然也就是要求它登陸火星了。

只要決定登陸，那麼難度必然也就不只是像曼加裡安號那樣只要進入了火星軌道就算成功了的，對於天問一號來說，環繞火星只是它要跨越的第一大難關，而第二大難關就是火星登陸了。

我國雖有月球登陸的經驗，但對於火星登陸，這還是有些不一樣的，由於距離上的原因導致通訊傳送上的延遲，這可不是我們網絡稍微卡一下這麼簡單的。

火星登陸的整個過程大概僅有7分鐘，這也就意味著登陸探測器需要極高軟硬體的技術水準，這樣才可以確保探測器可以自主的完成超過1000多個的登陸動作。

還有的就是月球沒有大氣，可以不用考慮登陸時所產生的高溫，但火星卻擁有如地球海平面1%不到的大氣，單這點大氣就足以讓著陸器產生高達2000℃的高溫了。

可難點就在於高溫雖是產生了，但這麼一丁點的大氣，卻根本無法讓著陸器進行有效的減速，這其實也就意味著它需要反衝火箭耗費大量的燃料來進行減速。

在人工無法實時監控的情況下，這才是我們交給天問一號自主來完成的最大挑戰。

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  • 印度首次探索火星就成功了，為何還說「天問一號」面臨極大挑戰？
    在這樣的距離前，人類要將探測衛星準確無誤的降落在火星上，這就相當於在法國打高爾夫球，一棒下去，這個球還必須要準確無誤的掉落在美國華爾街上的球洞中。事實上，許多國家在探索火星的時候都遭遇過失敗，就比如日本，俄羅斯，就連如今在火星探索領域領先世界的美國也曾失敗過，可見其難度之大。然而，有一個國家確實另外，那就是印度，印度首次探索火星便獲得了成功。那麼，為何印度首次探索火星就成功了呢？是因為他們技術過硬，還是運氣太好？
  • 印度首次火星探測都成功了，為什麼還說天問一號的挑戰更大？
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    說起來簡單，這一系列技術現在連俄羅斯都還沒有幹成功呢！如果把人類對火星的探測看成是一場考試，那麼這張試卷上真是滿滿的大紅叉，離及格線太遙遠了，這一點也不誇張。相比之下俄羅斯就有點慘了，僅有的一次探測器好不容易到達火星地面，但在14秒後就與蘇聯地面控制中心失聯了，甚至連一張照片都沒有來得及拍。還有歐洲的「小獵犬二號」著陸後由於太陽能板在打開時出現故障，遮擋了探測器的天線導致無法與地面控制中心建立聯繫，任務宣告失敗。到目前為止，你能猜到首次火星任務就成功的國家是哪一個嗎？答案是印度。
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