中國首次火星探測:「天問一號」如何到達火星?它到底有多厲害?

再過幾天中國的第一枚火星探測器「天問一號」就將踏上火星的徵程，它將開啟多個第一，其中最引人矚目的任務是第一次進入火星軌道就直接登陸火星，這是以往任何一個國家或者組織都沒有嘗試過的任務！「天問一號」如何登陸火星，它將經歷如何的過程，將展開怎樣的任務，且聽種花家一一道來！

中國的第一個火星探測器

其實「天問一號」並不是中國的第一個探測器，真正的第一應該頒給出師未捷身先死的「螢火一號」，這是中國首次與歐洲和俄羅斯展開的國際深空合作計劃，中國將按俄羅斯「福布斯-土壤」號的空間，開發一個「螢火一號」的探測器，搭便車前往火星！

2011年11月8日，天頂-2SB運載火箭搭載著俄羅斯的「福布斯-土壤」以及中國的「螢火一號」，在哈薩克斯坦拜科努爾航天發射場第45號工地第一發射臺成功發射升空，原計劃將於2012年9月到達火星軌道並釋放螢火一號繞軌飛行，而主探測器則計劃在火衛一南緯5°至北緯5°、西經230°至235°的區域內軟著陸，採樣後返回地球，在哈薩克斯坦境內著陸！

但「福布斯-土壤」號在脫離助推器，成功進行第一次變軌後打算第二次變軌前定向系統發生故障，變軌失敗，原因是晶片遭受輻射損壞崩潰，剩餘燃料理論上可以完成任務但難度極高，之後嘗試變軌多處，但最後軌道衰減，於2012年1月15日墜入太平洋，中國第一次火星探測魂斷藍天！

天問一號和它的任務們

2016年1月11日，中國國家航天局立項火星探測，計劃將使用長徵系列火箭作為運載火箭，嫦娥一號總設計師，中國科學院院士建議中國第一次火星探測即完成繞、落等兩項探測任務，這是以往沒有任何一個國家在一次任務中同時完成這兩項關鍵任務的，因此此次火星探測頗引人關注。

天問一號飛行狀態

天問一號分為軌道器、著陸器和巡視器組成，總重量約5噸，軌道器質量為3.175噸，巡視器則為240千克，尺寸：2.0 m × 1.65 m × 0.8 m，和一輛高爾夫球車差不多。分別完成火星探測和著陸巡視，將對火星土壤環境以及大氣和水的分布與探測、火星生命的尋找，另外也將探測火星磁場與甲烷等與生命相關的關鍵信息。另外環繞火星探測的軌道器也將完成著陸車和地球之間擔任中繼通信任務。

著陸器結構示意圖

著陸器於2019年11月14日在河北懷來的地外天體著陸綜合試驗場完成懸停與避障測試，完美的避開了地面的障礙物，找到了平坦的著陸場，平穩的降落到了「火星」，這是任務中最關鍵的巡視車第一次亮相！

任務名稱來歷

2020年4月份，在第五個「中國航天日」啟動儀式上，中國正式發布了火星探測任務名稱，「天問一號」即來源於此，按照計劃探測器將於7月至8月間擇機發射，一次任務完成繞、落、巡三項任務！

火星在地球軌道外側，最近距離大約5500萬千米，由於兩者公轉速度差異，因此每隔26個月會接近一次，此時叫做火星衝日，2020又是一次火星衝日年，時間是2020年10月13日，最近距離是0.4192天文單位，大約6000萬千米左右（最近的距離是大衝，要到2035年9月11日）！

探測器如何進入火星軌道？

從理論上看，向火星發射探測器並沒有時間限制，但由於人類的火箭技術約束，發射探測器只能在火星衝日大約數月前發射，然後通過一個霍曼轉移軌道，在軌道的頂點夠著火星，然後減速進入火星軌道成為火星的一顆衛星！

從地球向火星發射探測器有幾個難關，從地球出發的霍曼轉移軌道變軌成功，這是第一步，減速進入火星軌道這是第二步，從火星軌道穿過火星著陸這是第三步！「螢火一號」搭載在俄羅斯探測器上就是第一步失敗！

而美國早期都是掠火探測，也就是探測器從火星掠過，未做入軌嘗試，早期控制技術不夠成熟，在後期則都以入軌為目標，美國1992年9月25發射的火星觀察者號點火減速時失去聯繫，入軌失敗。九十年代多個火星探測器都以失敗告終，包括日本的希望號探測器、美國的火星氣候軌道器、火星極地登陸者和深空2號！

「天問一號」將用7個多月到達火星，預計到明年2月11日至2月24日探測器就將進入火星環繞軌道，然後在這個軌道上對著陸區域進行詳細探測，徹底了解著陸區周圍的地形，挑選可以作為降落區域的位置與備用區域，伺機登陸火星！

探測器如何登陸火星？

探測器在選擇好登陸場地後，它將與軌道器分離，在遠離著陸點數百千米外的軌道上即開始減速向著陸點進發並且逐漸降低高度，通過早期的火箭制動和進入大氣層後的大氣制動，速度逐漸下降到每秒460米左右！

第二階段則是超音速下開傘，將速度從超音速減速至95米/秒，因為火星大氣層非常稀薄，大約只有地球的1%，因此超音速下開傘難度極高，美國的洞察者號使用的也是超音速開傘，反推火箭懸停後機動選址著陸，天問二號的過程幾乎一致，當然大家所用的技術差別可就大了！

最後階段降落傘拋棄，因為空氣稀薄無法降到足夠速度，再次動力減速，下降到3.6米/秒，在100米高度上懸停，尋找平坦的著陸場地，最後確定位置後移動到著陸場降落！

降落過程和洞察號是類似的

任務內容和展開

火星車到底是不是叫赤兔估計還沒有官方宣布，但種花家估計赤兔最有可能入選。我們下面就以赤兔來稱呼火星巡視車！軟著陸成功後並不會馬上釋放火星車，而是要觀察一下，待了解周圍狀況後再行釋放，關於這點我們已經有兩次月球車的釋放經驗，應該是輕車熟路了！

赤兔的設計壽命是90個火星日，其實和地球差不多（大約92個地球日），不過根據此前美國幾輛火星車的超長壽命來看，赤兔估計要在火星上跑好多年，也許到2030年後中國繼續發射採樣返回的「天問二號」時，赤兔還在歡快的跑呢！

巡視車火星表面工作狀態

月球上有快半個月的月夜，火星上一晝夜則和地球差不多，但卻可能有沙塵暴，因此火星車也可能有休眠時間，而這個時間就要看沙塵暴持續時間了，而巡視車的能源也主要是太陽能，火星日照比較弱，所以對於任務的執行還是有相當影響的。

赤兔火星車任務概況

火星車搭載了地形地貌的導航相機，還有探測火星土壤結構和水兵的探地雷達和火星表面成分分析測試儀和多光譜相機，以及火星表面磁場探測的探測儀和火星氣象測量儀！

如果順利的話，明年二月份赤兔火星巡視車將預報火星天氣！

火星快車長徵五號(CZ-5)

7月20-25日，比較有可能則是23日，海南文昌航天發射場101發射工位，長徵五號將搭載天問一號飛往火星！大家都稱呼長徵五號為胖五，足見對長徵五號的喜愛與關心，因為它是未來十幾年的深空探測的最重要的運載火箭！

2016年11月3日，胖五首發成功發射，但在2017年7月2日的第二次發射起飛後346秒，芯一級的一臺YF-77發動機液氧泵發生嚴重故障，延遲分離，未能入軌，發射708秒後連同載荷一起重返大氣層徹底燒毀，發射失敗！

2019年12月28日，長徵五號遙三運載火箭發射成功，經過數次改進終於發射成功，讓全國人民動鬆了一口氣，胖五終於發射成功，而且今年長徵五號乙運載火箭也已經在5月5日完成首飛，胖五系列已經穩定。而未來將有十幾項深空任務等待著胖五大顯神威呢！

未來的天問二號

天問一號成功以後，火星計劃中的繞落回中最關鍵的火星採樣返回計劃也將提上日程，二號中除了軌道器和著陸器以及巡視器以外，還有上升器和返回艙，返回器的結構和嫦娥五號中的採樣返回任務為基礎，將針對火星環境做了一些適應性的調整！

任務預計在2028-2030年執行，同樣將在海南文昌發射，第二年將抵達火星，著陸後將火星巖石採樣置入上升器，並點火重新返回火星軌道與軌道器對接，並將樣品轉移到返回艙，然後與上升器分離後軌道器將點火離開火星軌道，直接將軌道調整為火星-地球轉移軌道，大約半年後進入地球軌道，然後返回艙與軌道器分離，重返大氣層，預計將在內蒙古著陸場降落！