堪比27架殲20!美國核動力火星車造價創新高,看天問一號值多少錢

2020年7月30日19時50分，美國NASA所屬噴氣推進實驗室製造的毅力號火星車由一枚宇宙神五號-541型火箭在卡納維拉爾角空軍基地SLC-41工位點火升空，此次載荷發射總質量接近4噸，僅次於重達5噸的我國天問一號火星飛船。

宇宙神五號-541火箭發射毅力號火星車

火星憑藉與地球相似的星球環境，且處於太陽系宜居帶邊緣，加上距離相對較近，因此自上世紀六十年代以來就是深空探測的熱門選擇。迄今人類已經實施了四十餘次火星探測任務，在火面巡視領域仍然是美國航天的獨角戲，俄羅斯、歐空局雖然也曾嘗試登陸火星但皆以失敗告終。

在毅力號之前NASA分別於1997年7月4日、2004年1月3日、2004年1月25日、2012年8月5日成功部署索傑納號、勇氣號、機遇號、好奇號共四輛火星車，目前好奇號仍處於工作狀態。

好奇號火星車

最新發射的毅力號完全繼承了好奇號火星車的「六輪搖臂-轉向架」車體設計，用於發供電的放射性同位素熱電發生器也是好奇號的備份產品。由於應用了功能迥異的科學載荷，同時又拓展了火星直升機與火星採樣返回先導任務，因此車體重量也由好奇號的900公斤上升至1025公斤。

毅力號火星車

為什麼只有美國在火星表面上演獨角戲？

通過梳理世界火星探測任務可以發現，在上世紀七十年代初期之前蘇聯火星探測雖然屢戰屢敗，但火星-3號仍然拿下了人類首次成功軟著陸火星表面的成就，雖然在著陸火面14.5秒後著陸器失聯，但這一紀錄仍然屬於蘇聯。美國是在4年後才通過海盜一號任務實現火星軟著陸，可以說在火星探測初期美蘇屬於平分秋色。

火星-3號登陸器模型

然而蘇聯在1973年發射火星-7號之後長達14年時間裡火星探測工程事實上處於停擺狀態，而在同一時期美國先後成功部署了海盜一號軌道器、海盜一號登陸器、海盜二號軌道器、海盜二號登陸器共4部火星探測器，進一步夯實了火星環繞探測、著陸探測兩大科目的根基，為20世紀90年代至今的火星表面巡視探測打下了堅實基礎。

長達14年時間蘇聯火星探測零作為毫無疑問與那一時期的經濟頹勢密切相關，深空探測表面上看是科技競爭，實際上仍然是以經濟發展為基礎的國力之爭。

海盜一號/二號的成功為美國火星探測奠定基礎

童叟無欺：航天工程從來都是一分價錢一分貨

以好奇號核動力火星車為例，該項目前後共計耗資25億美元，即便是世界頭號大國在深空探測領域也得學會過緊日子，在研發毅力號火星車之初預算被嚴格限定在10億美元。編列預算的委員會認為毅力號基於成熟車體設計、成熟的任務實施經驗，以及好奇號成熟的產品供應鏈，維持低預算水平是情理之中。

然而現實又給他們上了一課，毅力號火星車事實上已經花掉了27億美元，耗資超越好奇號再創人類火星探測投資新紀錄，用這筆錢可以換27架F-35或者殲-20。

毅力號火星車包裹在進入艙中

與高價探火相比近年來又湧現了一批低價探火項目，比如印度2013年發射的曼加裡安號繞火衛星，整個項目耗資45億盧比，折合美元約7400萬，此消息一出立馬引得眾多國人連連稱讚其高效和低成本。

印度曼加裡安號繞火衛星

0.74億美元打造的繞火衛星真的高效嗎？實施深空探測項目通常可以鍛鍊兩大能力，分別是工程能力與科學能力，就工程能力來看，印度缺乏深空測控網，不論是2013年發射曼加裡安繞火衛星，還是2019年發射月船-2號月球探測器，使用的都是美國深空測控網。

如果沒有深空測控網意味著什麼？意味著他們的太空飛行器根本無法正確切入繞月、繞火軌道，這是深空探測工程的重要門檻，也就是說事實上印度航天並不具備獨立進行火星探測的能力。

NASA深空網70米口徑測控天線

曼加裡安號繞火衛星重量僅有1.35噸，但還是受限於PSLV極軌運載火箭捉襟見肘的運力導致衛星無法像天問一號那樣直接進入地火轉移軌道，而是一圈一圈地繞飛地球進行加速，當速度達到第二宇宙速度後方可進入地火轉移軌道。

由於頻繁的點火加速需要消耗大量燃料，因此探測器可供安裝科學載荷的空間更是少之又少，最終只搭載了一臺彩色相機，和其餘4臺性能並不出眾的探測載荷。

與之對比，我國天問一號僅軌道器就搭載了7大科學載荷，其中一臺火星高分相機解析度更是達到了同類產品的世界領先水平，局部解析度可達0.25米。綜合來看，印度曼加裡安號繞火衛星可實現功能僅相當於天問一號的六分之一。

天問一號火星探測器

我國深空探測詮釋真正的低投入高產出

天問一號火星探測器目前已經飛離地球引力，它將要完成的是一步實現繞、落、巡火星的三大工程任務，任務如果最終成功將意味著我們將坐穩人類火星探測的第二把交椅。從落後半個多世紀到位居世界前列，天問一號所承載的戰略價值不言而喻，這麼重要的任務需要花多少錢呢？

官方一般很少透露太空飛行器研發經費數據，但也能從以往歷次任務中找尋蛛絲馬跡。

天問一號環繞器

天問一號飛船由環繞器、進入艙、著陸巡視器三大部分組成，發射質量5噸，其中環繞器發射質量3.175噸，主要承擔天問一號飛船地火轉移段飛行控制、環繞火星探測兩大職能，在著陸巡視器降落火星初期階段兼職中繼通信職能，可以將其視為一顆繞火探測衛星。

天問一號結構示意圖

環繞器搭載有中解析度相機、高分辨相機、環繞器次表層探測雷達、火星礦物光譜分析儀、火星磁強計、火星離子與中性粒子分析儀、火星能量粒子分析儀共計7大載荷，展開對火星大氣電離層與行星際環境探測、火星表面和地下水冰分布探測、火星土壤類型分布和結構探測、火星地形地貌特徵及其變化探測、火星表面物質成分調查分析，共計5大類科學探測任務，是對火星從大氣到地表再到地下的全面立體掃描。

天問一號環繞器近火制動效果圖

不論是平臺工程能力亦或者科學探測能力都遠在嫦娥二號繞月衛星之上，火箭專家龍樂豪院士在2013年接受採訪時披露，嫦娥二號探測器大概投入7億~8億人民幣，通過梳理嫦娥探月工程發展時間軸可知通貨膨脹因素在航天採購中的影響可以忽略不計，基於平臺與載荷能力判斷，天問一號環繞器研發投入估值可達10億~12億人民幣。

著陸巡視器被包裹在進入艙內

天問一號著陸巡視器估值可參照嫦娥四號，我們先來看看二者的異同：

天問一號著陸器與巡視器

天問一號著陸器僅承擔軟著陸職能，嫦娥四號著陸器不僅承擔軟著陸職能，也有科學探測任務，加上月夜生存需求配置了同位素溫差核熱源，因此嫦娥四號著陸器相較於天問一號著陸器的造價更貴。

天問一號巡視器集中配置6大科學載荷，承擔火星表面的所有科學探測職能，嫦娥四號巡視器玉兔二號則僅承擔部分探測任務。天問一號巡視器車體全新設計，不僅體量更大機動能力也更強，因此可以判斷天問一號巡視器造價高於玉兔二號月球車。

嫦娥四號著陸器與巡視器

天問一號著陸+巡視器製造成本與嫦娥四號著陸+巡視器的成本大致相當，但天問一號是全新產品所以前期研發投入更高，整體投入仍高於嫦娥四號。基於嫦娥四號探測器7億人民幣的研發投入判斷，天問一號著陸巡視器組合體估值在10億人民幣左右。

進入艙基於「超輕質蜂窩增強低密度燒蝕防熱材料」全新研發設計，估值3億人民幣，長徵五號運載火箭發射價格約為6億人民幣，為服務探火工程天津武清新建了GRAS-4型70米口徑射電天線，喀什深空站也擴建了天線陣列，測控系統估值4億人民幣。

天問一號各系統相加綜合估值為32億人民幣，折合美元4.57億。

天津武清GRAS-4型70米口徑天線反射體

天問一號研發成本遠遠低於毅力號的27億美元，僅略高於勇氣號火星車的4億美元。但天問一號要實現的工程目標卻遠遠不止於巡視探測，因為它還有環繞探測。

如果是大洋彼岸的NASA完成天問一號任務需要花多少錢呢？就是勇氣號+火星勘察衛星的造價，總計11.2億美元，是天問一號成本的兩倍不止。

印度與美國在航天領域可謂是走向了兩個極端，前者是蜻蜓點水式的深空探測，核心原因是國力有限，沒錢。後者項目成本屢創新高則是製造業空心化的後果體現。

天問一號火星車行進測試

可持續發展戰略助力高效推進航天事業

精打細算過日子向來是中國航天的優良傳統，嫦娥二號探測器就是一個典型案例。它原本是嫦娥一號繞月衛星備份產品，在受領嫦娥探月二期工程先導任務後，主要針對嫦娥三號落月區進行高解析度成像。

它在近月點15公裡遠月點100公裡軌道先後兩次執行高解析度成像工作，總計獲取35軌嫦娥三號落月區圖像，成像解析度優於1.5米，為嫦娥三號選點著陸提供了科學依據，在距離月面僅15公裡高度兩次抬升軌道又為嫦娥五號驗證了月面上升軌道控制技術。

嫦娥二號獲取的全月圖是世界最高解析度

嫦娥二號環月探測階段除了獲取嫦娥三號落區高解析度圖像，又獲取了比嫦娥一號更高解析度的全月立體影像圖，為後續嫦娥四號、五號等一系列探測任務實施奠定了數據基礎。

完成成像工作後，嫦娥二號開啟主發動機變軌飛離月球，進入拓展任務階段。第一個拓展任務是飛抵距離地球約150萬公裡的日地拉格朗日L2點，並成功驗證繞飛軌道，這是人類太空飛行器首次從月球軌道出發前往日地拉格朗日L2點繞飛軌道。

嫦娥二號進入日地拉格朗日L2點環繞軌道

之後嫦娥二號繼續向深空飛去，這一次它的目標是被譽為「戰神」的圖塔蒂斯小行星，在飛行過程中面對美國關閉圖塔蒂斯小行星軌道數據的不利局面，我國天文觀測網集合國內主力天文望遠鏡對該小行星進行了精確的軌道計算，最終嫦娥二號成功飛掠「戰神」，並獲取了圖塔蒂斯小行星連續穩定的成像數據。

嫦娥二號拍攝的圖塔蒂斯小行星

而這還沒有完，嫦娥二號繼續抬升軌道，連續突破1000萬公裡、2000萬公裡、5000萬公裡、6100萬公裡軌道，並於6年前突破1億公裡軌道，在此期間連續驗證了我國深空測控網技術性能，為天問一號的火星之旅再次奠定基礎。

嫦娥二號從繞月衛星變身小行星探測器，進而又成為圍繞太陽運轉的人造小行星，實際上如果不是當時深空測控網還沒有完全齊備，嫦娥二號甚至計劃飛向火星，一箭多雕的任務執行能力背後凸顯中國航天系統運轉之高效。

嫦娥二號

這時有人會問了，人家印度曼加裡安號任務你怎麼不說「精打細算」不說「高效」了？因為它們缺乏成體系的長遠任務規劃，這種精打細算的背後是真沒錢。工程方面沒有掌握自主可控的深空測控能力，科學探測除了獲取火星照片，剩餘探測任務皆為重複建設，在月船-2號任務失敗後，他們又瞄上了金星，這種東一榔頭西一棒子的探測除了收穫一些所謂的「紀錄」再沒有其他價值可言。

深空探測成體系向縱深突破植根於強大國力

中國航天精打細算之後該花的錢絲毫不手軟，在嫦娥探月工程帶動下立足喀什、佳木斯、阿根廷內烏肯建立了覆蓋全球測控弧段的深空測控網，測控邊際觸達太陽系邊緣，綜合實力位居世界前列。在此基礎上天津武清70米級亞洲第一大數據接收天線、喀什深空天線陣持續加碼，昌吉奇臺縣正在計劃籌建百米級全可動射電望遠鏡，屆時我國行星際探測實力將再上一個新臺階。

喀什深空天線陣

天問一號探測任務投資估值的32億人民幣能買到什麼？半艘055萬噸大驅或者5架殲-20，看上去並不是什麼天文數字，但服務天問一號的工業體系是用再多錢也買不到的。

5噸重的天問一號飛船每一個零部件都是高投入加持，比如著陸器使用的拉杆和限力杆部件，僅在方案設計階段就批產了600多件，進入艙使用的大尺寸減速傘也要通過高空探空火箭多次發射至數十公裡高空模擬火星大氣開傘，進入艙設計也需要高超音速風洞助力，可見為了達到指標性能前期要投入多少財力。

天問一號火星進入艙

每每談到航天工程的價值時人們都常說它可以帶動工業發展，然而這一情況正在發生新的質變。今年上半年長徵五號B型遙一火箭順利完成新一代載人飛船首飛任務，這款飛船接下來將用於載人登月任務。

就是這樣一款承擔史詩級登月任務的新飛船從啟動到完成初樣研製僅用時3年，可以說創造了一個新的人類航天紀錄，對此張柏楠總師這樣說道，確實咱們國家中國製造的能力是有大幅提高，從圖紙下廠到最後製造非常快而且非常精準，就能夠一次完成，這技術水平應該都是國際先進或者國際領先的。

工業能力大幅提升反哺航天工程

從這裡明顯可以看出工業能力的提高正在反哺新飛船的研製，由過去被動適應航天製造需求變為主動服務航天需求，這一轉變也是歷史性的，因為它將助力中國航天進入自由王國時代，就是航天需要什麼，就可以設計製造出什麼。