新知| 預計明年5月著陸火星,天問一號還要再闖幾道關?

　　交匯點訊 10月28日，天問一號探測器順利完成第三次軌道中途修正。在飛向火星的途中，天問一號為何要進行軌道中途修正？火星探測的難點在哪兒？距離成功降落火星，天問一號還要再闖幾道關？

　　近日，江蘇省天文學會科技傳播專家在接受《科技周刊》記者採訪時表示，天問一號將會在當前軌道飛行約4個月後與火星交會。要成功著陸火星並進行探測，天問一號後續至少要經歷三道難關。

　　為什麼要中途修正？

　　10月28日，我國的火星探測計劃再次傳來新的喜訊。當日22時，在我國首次火星探測任務飛行控制團隊的控制下，天問一號火星探測器8臺25N發動機同時點火進行工作，最後順利完成了這一次的軌道中途修正，並且還在軌標定了25N發動機的實際性能。

　　截至目前，天問一號火星探測器已經在軌飛行超過100天，飛行路程大約為2.56億千米，距離地球約為4400萬千米，目前，首次火星探測任務飛行控制團隊已經對天問一號火星探測器進行了三次軌道中途修正。那麼，這種修正對於天問一號火星探測器來說，有什麼作用呢？

　　「地球離火星很遠，探測器發射後不一定能瞄準目標，會像射箭一樣容易射偏。」江蘇省天文學會科技傳播專家、南京大學天文與空間科學學院教授侯錫雲告訴記者，天問一號火星探測器有一條發射前就已規劃好的線路，這條線路就被稱為標稱軌道，但探測器實際發射線路和標稱軌道有差別，為了防止偏航，通過發動機點火工作調整姿態保證探測器繼續按照標稱軌道行駛至火星軌道。當然，軌道中途修正的另外一個作用是檢測一下探測器上的發動機，讓它工作一下，避免在太空中不工作的狀態過長。

　　第三次軌道中途修正之後，天問一號將會在當前的軌道飛行約4個月與火星交會。如果要成功著陸火星，天問一號還要再闖幾道關？侯錫雲表示，第一道難關要保證探測器在火星引力範圍內近火捕獲，即讓探測器在火星引力範圍內製動，速度不要過大，又可以環繞火星，避免探測器離開或撞上火星。

　　「在火星軌道環繞一段時間對火星地形地貌進行掃描，然後找到合適的窗口期，讓著陸器分離進入火星大氣。」侯錫雲說，火星的大氣雖然稀薄，但是有減速的作用；著陸器在減速過程中會遇到8分鐘左右的通信中斷，要從很快的速度降為零，進行軟著陸，全部依靠天問一號自主完成一系列動作，這個過程也非常難。

　　著陸器軟著陸成功後，還需要把火星車釋放出來開始探測。如果軟著陸落得不夠平坦或姿態不正，火星車很可能不能順利從著陸器上開下來。總之，天問一號後續還要經歷三道關口才能實現火星探測。「得益於中國月球探測工程的多次任務成功，我國已經完成玉兔號月球車的月面勘探任務，也為火星地面探測積累了寶貴經驗。」侯錫雲說。

　　火星探測到底難在哪？

　　迄今為止，世界各國至少舉行了46次火星探測活動，其中只有20.5次取得成功(歐洲航天局的「火星快車」取得部分成功)，成功率不足45%，火星因此有「太空飛行器墳場」之稱。火星探測的難點到底在哪兒？

　　「火星探測的難點主要在於探測器進入火星軌道和著陸兩個階段。」侯錫雲解釋說，什麼時候「剎車」進入火星軌道，進入軌道的角度是多少，著陸時何時打開降落傘，何時切斷降落傘……每個環節都需要精準計算、毫秒不差，特別是著陸器著陸的8分鐘沒有任何通信信號。

　　火星離地球的距離遠，距離遠帶來一系列的問題，數據分析顯示地火最近的距離在5000萬公裡，最遠的距離可以達到4億公裡。「距離遠首當其衝帶來的就是通訊延遲問題，在相隔4億公裡的情況下，地球給探測器下達一個指令的單向通訊時間需20分鐘，來回就要40分鐘，而決定著陸器命運的窗口期控制時間很短，只能依靠研究人員提前輸入的數據，由探測器進行自主判斷，如果有緊急情況從地球無法做出任何調整。」侯錫雲表示，火星的大氣及地表與地球的大氣地表有較大差異，到目前為止我國還沒有第一手的火星大氣資料庫，可能會在著陸過程中對著陸器自主控制造成影響。除此以外，探測器在長達7個多月的旅途中會遭遇太陽系各種高能粒子的碰撞，給探測器帶來風險。

　　此次探測任務，我國航天科研工作者還自加難度，在首次探測便要實現「繞」「落」「巡」三大任務，這在世界航天史上確實是絕無僅有的。據史料記載，此前只有美國在一次火星任務中同時完成「繞」和「落」，歐洲曾兩次嘗試「繞」和「落」，都以失敗而告終。中國計劃在一次火星任務中完成「繞」「落」「巡」，難度可想而知。

　　雖然火星探測的難度非常大，但是中國已經做了大量準備工作，數次成功的探月任務也奠定了重要的技術基礎——首先，發射火星探測器需要大推力運載火箭，我國長徵五號火箭已經具備這樣的能力；其次，針對超遠距離的測控，我國已經建成深空測控站，並在嫦娥二號拓展任務中實現了超過1億公裡的測控；再次，探月取得的成功，幫助中國在著陸、巡視技術等領域奠定了基礎。

　　成功登陸後會開展哪些探測任務？

　　如果一切順利，天問一號預計將於明年5月份在火星著陸。侯錫雲告訴《科技周刊》記者，經過漫長的飛行後，天問一號預計會在火星北半球的烏託邦平原著陸。國際上有著陸計劃的火星探測任務，大多數選擇著陸在火星北半球。天問一號將要著陸的地點在烏託邦平原南部。地質學家認為那裡很可能是一個古海洋所在地。

　　侯錫雲表示，著陸器降落時需要藉助火星大氣減速，因為高度越低，大氣密度就越厚，著陸器的制動力就大，有助於著落時的減速，而烏託邦平原符合大氣壓稠密、海拔低的特徵。同時這個著陸點在古海洋和古陸地交界處，科學家認為該地方有很高科學價值，很有可能會取得意想不到的科學成果，這也是我們選擇這個地方來進行軟著陸、巡視探測的原因。

　　成功到達火星軌道及表面後探測器將會開展哪些科研探測任務？侯錫雲介紹，環繞火星的軌道器上會攜帶相機、雷達、光譜儀、磁強計、高能粒子分析儀等設備，主要測量火星地貌特徵和火星磁場，著陸器上的火星車上則會攜帶相機、雷達、雷射誘導擊穿光譜儀等，通過對礦物質信號的分析，探測火星上的資源分布，還有對火星本體科學的研究，為研究火星積累資料。此前的探測表明，火星表面有很多古河床，證明以前有河流，然而如今表面並沒有天然水存在，中國還將探測火星地下水的分布。

　　天問一號邁出了中國行星探測的第一步，未來我們國家在深空探測領域還有哪些計劃和安排？侯錫雲介紹，我國行星探測計劃規劃了3次任務，首次火星探測天問一號任務是第一次，已經發射實施，目前其他任務正在論證中。規劃的第二次是小行星探測任務。此外，2030年前後還將有一次木星系及行星際穿越探測。讓我們共同期待天問一號順利到達火星，在這顆神秘星球留下「中國印記」，實現預期科學目標。

　　交匯點記者 張宣 文/攝