首次火星探測對中國航天意味著什麼？

◆2020年7月23日12時41分，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。

「天問一號」發射升空 來源：@新華視點

2020年是中國火星探測元年。

萬眾期待下，天問一號順利升空，將為中國打開火星之門，使我們真正進入深空、走近火星。

登陸火星有多難？各國又為何「扎堆」去火星？大家口中所說的「恐怖7分鐘」又是怎麼回事呢？小編將為你一一解惑。

登陸火星有多難？

火星，古往今來自帶一抹神秘色彩。早從60年前開始，人類就開啟了對這顆赤色星球的探索。

然而，幾十年間，探測的成功率卻不足一半。

這張自然色照片反映了火星的真實顏色。

有數據顯示，自上世紀60年代以來，人類的火星探測活動達40多次，成功率卻不到50%，其餘的項目都出現探測器撞毀、失靈或失蹤等情況。

為此，在業界火星甚至被稱為「探測器墳場」，其探測難度可想而知。

火星探測為何如此之難？

地火兩星相隔甚遠是一大原因。

我們常說火星是地球的鄰居，但它卻實在算不上「近鄰」。據測算，地火之間最遠距離約4億公裡，最近距離也有約5500萬公裡，是地月距離的150倍。

從這個角度來說，月球與地球的距離幾乎"近在咫尺"。

最近時火星和地球的距離相比於地月距離的比例。來源：果殼

因此火星探測器在抵達目的地之前，往往需要飛行很長的距離，時間長達7-8個月。

在這個長途旅行中，對探測器的發射、軌道、控制、通信、電源、入軌、著陸等技術都有很高要求。

所以，「探火」可比」探月」要難多了。

為何夏季「扎堆」去火星？

眾所周知，火星、地球都繞太陽公轉，但兩者速度不同、軌道也不同。

因此只有每隔約26個月，才能等到地火直線距離最近的時候，此時兩行星距離約為5500萬公裡。

而在這一時刻前後，從地球發射火星探測器，能讓人類「探火」之旅的「趕路」時間更短、所攜燃料更少、成本也更加低廉。

地球（內）、火星（外）公轉及距離關係示意圖。來源：科技日報

簡單來說，此時是「抄近路」去火星的最佳機會，航天工程上所說的發射「窗口期」也由此而來。

今夏的7至8月，全球就迎來了發射火星探測器的這一「高光時刻」。有能力進行火星探測的國家，當然都不願錯過這個「窗口期」。

因此，也就不難理解為何會出現多個國家「扎堆」去火星的狀況。畢竟如果錯過這次窗口期，下一次的好時機可就要等到2022年了。

「三套餐」組合是什麼？

不同於之前與俄羅斯合作最後遺憾失敗的「螢火一號」，此次天問一號是我國自主發射的第一顆火星探測器。

為了一步到位，「少花錢，多辦事」。我國首次火星探測計劃通過一次發射，完成「繞、落、巡」三大探測任務，這是世界航天史上從未有過的。據了解，美國海盜1號、海盜2號火星探測器也僅僅是通過一次發射實現了環繞、著陸兩種探測目標。

為此，天問一號集成了一個「三套餐」組合。包括火星軌道環繞器、著陸器、巡視器（火星車），將分別實現「火星環繞」、「火星表面降落」、「巡視探測」三項探測任務。

3D演示我國火星探測實施步驟，視頻來源：北京青年報

這也是天問一號明顯不同於另外兩個火星探測器的地方。據悉，美國將發射的「毅力號」是由著陸器和巡視器兩部分構成，而此前阿聯升空的「希望號」則只有環繞探測器。

天問一號除了完成這三大探測任務之外，還設定了5大科學目標，包括空間環境、形貌特徵、表層結構等研究。

落地7分鐘有多「恐怖」？

整個火星探測任務中，最難的是便是著陸這一關。由於地火距離遙遠，因此火星探測器需要完全自主導航控制完成著陸之旅。

著陸器在「奔火」的途中一直處於高速飛行狀態，因此在再入、下降與著陸過程種，要在7分鐘內將探測器的時速從2萬千米降低到零。

正是這個過程，被稱之為「恐怖7分鐘」。這一階段，探測器的防熱措施是否可靠，降落傘、氣囊和緩衝火箭等能否按程序工作都至關重要。

火星探測器著陸動畫示意。來源：央視新聞

而由於著陸過程時間太短，遠不夠完成一次地火通訊。這就意味著全程超過1000個動作的降落過程必須依靠火星探測器自主完成，對軟體和硬體的要求極高。

我國首輛火星車亮相！來源：央視新聞

然而，茫茫深空中，失之毫釐，謬以千裡。

歷史上許多探測器都在這「恐怖7分鐘」裡功虧一簣。

例如2016年10月20日，歐洲「火星生物學-2016」中的「夏帕雷利」，因為1秒的計算失誤導致降落傘與防熱罩提前分離，最終硬著陸而撞毀。

因此雖然著陸器降落時間短暫，但它的成功與否，卻直接決定著整個火星任務的成敗。

我們為什麼一定要去火星？

月球之後，人類選擇下一個目標往往是火星，原因在於它的自然環境與地球最為相似。

因此火星被視作除地球外有可能孕育生命的星球之一，也被認為是未來人類最有可能移居的行星，這些都吸引著多個國家去探索這顆神秘星球。

火星表面示意圖。來源：科技日報。

從20世紀60年代起，人類就開始不斷地向火星發射探測器，然而成功著陸火星的國家只有美國。

火星探測作為航天強國的重要標誌之一，在這一深空探測的科學浪潮中，又豈能少了中國的身影？

如果說此前探測月球只是「熱身運動」，是為探測火星作準備，那麼經過多年來的打基礎、練技術，目前的中國已具備開展自主火星探測的能力。

天問一號，成功升空，僅僅是邁向深空的第一步。數月後，如果我國天問一號的任務圓滿成功，那麼我國將成世界上第二個登陸火星的國家，也代表著我國深空探測技術水平站到了世界前列。

回首50載，中國航天，逐月追星，步履從未停歇。人類航天的未來，必將是宇宙的星辰大海。

火星，我們來了！

參考資料：

1.《「天問一號」就位！目標：火星！》，中國經濟網，2020年7月17日

2.《近期「扎堆」火星探測為哪般？》，中國新聞社，2020年7月19日

3.《一次性實現「繞落巡」三步走！中國首次火星探測為啥這麼牛？》，科技日報，2020年4月24日

4.《為了去火星，你知道天問一號有多努力嗎？》，果殼，2020年5月6日

5.《「天問一號」發射在即，我們為什麼要去火星？》，中國科普網，2020年7月18日

本文來源：新華網思客

策劃：劉娟

監製：李曉雲

作者：郭建偉舒克凡

校對：祁麗君

成功發射！火星，中國來了！

但駕長徵御天問，

夢啟九州探穹宇！

名為「天問」的中國火星探測之旅開啟了！

我國首個火星探測器

由長徵五號運載火箭，

在中國文昌航天發射場發射！

最新消息：

發射成功！

7月23日12時41分，我國在中國文昌航天發射場，用長徵五號遙四運載火箭成功發射首次火星探測任務天問一號探測器，火箭成功將探測器送入預定軌道，開啟火星探測之旅，邁出了我國行星探測第一步。

發射視頻來了！

現場動圖

點火發射！

發射升空！

順利升空！

此次火星探測是我國行星探測階段的首次任務，也是我國深空探測領域全新的裡程碑，有望一次實現「環繞、著陸、巡視」3個目標。航天專家表示，這是其他國家第一次實施火星探測從未有過的，面臨的挑戰也是前所未有。

執行我國首次火星探測任務的長徵五號遙四運載火箭。張高翔/攝

此次任務的科學目標是實現對火星的表面形貌、土壤特性、物質成分、水冰、大氣等方面的科學探測。

天問一號「駕駛員」上海造

預計將飛行約7個月抵達火星

按照計劃，天問一號探測器將由長徵五號運載火箭送入地火轉移軌道，飛行約7個月抵達火星。

經歷火星捕獲、火星停泊後，著陸巡視器將與環繞器分離，進入火星大氣。

△天問一號1:1著陸平臺（右）和火星車（左）

著陸巡視器成功著陸後，火星車駛離著陸平臺，搭載的科學載荷開機，開始火星表面巡視探測。

火星車在火星上將如何工作？

「眼睛」「翅膀」助力全方位探測

據央視新聞報導，在我國首次火星探測任務中，火星車將承載火星表面巡視探測等重要使命，為中國打開火星之門，使我們真正進入深空、走近火星，揭開她神秘的面紗。

△動畫模擬中國首次火星探測任務全過程

到達火星後，火星車將在火星表面工作90多天，除了要進行探測作業，還會將它在億萬公裡之外的所見所聞傳回地球，幫助我們認識火星、了解火星。

△「中國首輛火星車」介紹

火星車高度有1米85，火星車最引人矚目的就是豎立在前端的桅杆，頂端的方形設備就像機器人的腦袋。而頂端的方形盒子，就是火星車的「眼睛」，上面有幫助火星車避開障礙來實施前行實時探測的全景相機，還有識別礦物質成分的多光譜相機。

△天問一號火星車

在火星車上，還裝有4個「大翅膀」，這正是太陽能電池板。除此之外，火星車還配有探測雷達、磁場探測儀和氣象測量儀，可以對火星進行全方位的探測。

△點擊視頻了解火星車是如何工作的

將搭載火星車著陸到火星地表的是著陸平臺，也叫著陸器，和火星車加起來是1300公斤，它載著火星車要完成進入大氣減速下降、落火、延伸坡道，隨即火星車就可以走到火星表面，開展探測作業。

△天問一號1:1著陸平臺

著陸平臺載著火星車，從進入火星大氣層到降落到火星地表只有短短七八分鐘，卻被人們稱為「恐怖7分鐘」，因為這過程中電磁信號是完全被屏蔽掉的，要完全依靠著陸器的自身本事。

中國首次火星探索為啥取名「天問」？

中國古代稱火星為「熒惑」。其中「熒」代指火星由於土壤富含氧化鐵而發出的紅光；「惑」則出於古人對火星運行缺乏規律而感到的困惑。

而本次火星探測任務中的「天問」一詞，則出自我國浪漫主義詩人屈原所著《楚辭》中的同名長詩《天問》。全詩通篇是對天地、自然和人世等一切事物現象的發問。

遂古之初，誰傳道之？

上下未形，何由考之？

冥昭瞢暗，誰能極之？

馮翼惟象，何以識之？

「宇宙誕生之初的情況人們是怎麼知道的？天地未分，混沌無垠，是誰考定而知之的？幽明之理，難知難曉，誰能窮極其本源？天地既分，惟象無形，何以識知它的形象？」

早在先秦時期，屈原就已對當時的天文學提出了質疑，這是可貴的科學精神萌芽。這與如今科學家們對火星的不斷探究精神，不謀而合。

我們為啥要探索火星？

在太陽系，火星的自然環境與地球最為接近，兩者幾乎都形成於約45億年前，組成結構也大致相同，有核、幔、殼。火星與地球有著相似的自轉周期，一個火星日大約是24小時39分鐘，而且它還和地球一樣，也有四季更迭。

（北京飛控中心供圖）

火星表面呈現出紅色，在它最明亮的時候猶如一團火球。按照天文學家的說法，這一抹紅色實際上並不是真正的火焰，火星上溫度反而極低，接近於地球的南極。呈現紅色的原因，是火星的土壤富含氧化鐵，就像是土地生了鏽。這種土壤的形成，是風與水雙重侵蝕作用產生的。由此可見，火星上曾經存在過大量的水和大氣。

這就意味著，火星上有可能出現過生命。那麼，火星是地球的過往，還是我們未來的歸宿？

只有人類或人類的探測器「身臨其境」，才能一步步得到解答。正因為如此，人類每一次火星探測任務幾乎都受到大範圍的關注。

如今這一次，是來自中國的天問一號。

本文來源：上觀新聞、中國青年報、央視新聞、上海發布等

微信編輯：張艦月