中國「天問一號」即將飛往火星,這對我國航天會帶來怎樣的影響?

2020年你說它不平凡，它還真的是一點都不簡單，有喜有憂。在疫情衝擊下全球經濟的不景氣，人們正常的工作、生活多少也受到了影響。

美國在高端晶片上針對華為的制裁更是牽動著全國億萬人民的心，這一點目前來說尤其讓我們憂心，但是我國的航天事業在今年依舊穩步向前，這是值得我們歡喜的事情。

例如5月5號長徵五號B首飛成功，並試驗了新一代的載人飛船實驗船取得了圓滿的成功，這艘新的宇宙飛船是我國未來實現載人登月、空間站建設運行的具有國際一流水平的天地往返飛行器，鋪就了通往太空的新「天路」。

接下來更加值得我們期待的是今年的7月份，包括我國在內的「天問一號」、美國的「毅力號」和阿聯的「希望號」都要在這個時間段飛往火星，這也是人類首次在同一時間段對火星進行的比較密集的探測計劃。

為什麼都要選擇在7月份發射呢？因為這是一個向火星發射宇宙飛船的窗口期，我們知道火星和地球都處在繞太陽運行的橢圓軌道上，且地球在火星軌道的內側，公轉運行速度要快於火星。

每26個月地球就會追上火星會處在相距較近的位置，這時我們發射探測器可以利用更小的能量到達目的地。

不過即使是最近的位置，地球和火星的距離也足有5500萬公裡，是地月距離的150倍，從距離上看，去往火星的難度和去往月球的難度根本就不在一個級別上。

不過這裡需要注意的是，去火星和去月球一樣，是需要通過探測器變軌來實現的，而不是直接飛過去，利用推進器推動探測器去追火星，人類目前的能力還沒這麼剛！

上圖就清楚的解釋了探測器達到火星的方式，其實一開始時地球和火星並非最近，而是相對來說比較近，並且火星處在地球的前方相距一段距離。

這時我們在地球上發射探測器，並且利用火箭的推力將探測器送到繞地球更大的橢圓軌道上。軌道越大，就代表著探測器的運行速度要非常的快，這就需要運載能力足夠大的火箭來承擔發射任務。

以前我們進行探測月球任務，用來發射「嫦娥系列」的火箭為長徵3號乙增強型運載火箭，這枚火箭的地月轉移軌道運載能力大約近4噸，它將總重量為3.8噸的嫦娥四號（著陸器、玉兔二號月球車）送入地月轉移軌道已經到達了極限。

而地火轉移軌道更遠，並且這次的火星任務是三套餐組合，包括火星軌道環繞器、著陸器、巡視車（火星車），總重量更大，因此長徵3號系列的火箭已經無法滿足行星探測計劃。

這就是我們為什麼要研製長徵5號的原因，它是我國未來行星探測、深空探測的主力火箭，運載能力更大，可以將探測器推向更遠的深空。

這次的火星探測計劃使用長徵5號遙四火箭，首先將探測器推向更高的繞地軌道，利用地球在火星軌道內側更快的速度追上火星，在接近火星的時候，通過改變探測器的運行方向，進入環繞火星的橢圓軌道。

在探測器進入火星軌道以後，如果這時探測器依舊沒有失聯，這只能說明火星探測任務只成功了一小半，接下來更加兇險、緊張的環節才剛剛開始。

這次的火星探測計劃我們除了要讓探測器環繞火星軌道運行以外，還要實現著陸器和巡視器的火星再入、降落和著陸，這三個過程是火星任務的難點，也是歷史上火星任務最容易失敗的地方。

自1960年前蘇聯向火星發射探測器以來已經過去了60年，人類相繼向火星發射的47個探測器，上圖可以看出前期的任務基本都是以失敗告終，部分成功也實屬罕見。

到了21世紀，火星任務才逐漸有了起色，不過總的成功次數不到20次，失敗率更是高達50%以上。其中的著陸任務成功率更是低的可憐，只有40%左右。

這足以說明火星探測任務的難度有多大，我們也將「再入」火星的過程形象的稱為「恐怖7分鐘」。

探測器進入火星軌道以後首先會通過降軌來接近火星，當運行到預定的軌道和進入點時，探測器會釋放著陸器和巡視器這兩個組合，並進入火星大氣層。而探測器繼續圍繞火星運行，為著陸器提供中繼通訊鏈路。

在7分鐘內，著陸器要通過反推發動機保持下降時的姿態正確，並且在預定的高度打開降落傘，並利用主推進器實現平穩著陸，然後釋放巡視器，對特定地點展開科學考察。

這裡的難點是，由於火星和地球的距離十分遙遠，存在信息傳輸的延遲，所以在著陸器進入火星大氣層以後這一系列的動作地球上的控制室無法操控，必須依靠著陸器自主完成，並且需要一氣呵成，不能存在任何的偏差。否者就像是高空自由落體一樣，摔得細碎。

其次火星距離太陽比較遠，且有稀薄的大氣層，光照度肯定會較於月球大打折扣，且火星地形比較複雜，時不時都會遇見沙塵暴，這也是著陸器登陸火星以後需要面臨的考驗。

相信大家已經看出來了，這次的火星任務要同時實現三個目標，也就是「繞」「落」「巡」一次完成，任務起點非常高，也是其他國家前所未有的先例。

因為自人類探測外行星以來，其實包括月球在內，「繞」「落」「巡」都是分開逐步完成的，沒有哪個國家一開始的給自己定下這麼重且難的目標。這足以說明我國在近些年來通過月球任務積累下了足夠的經驗，也說明了我國現在的航天科技水平以及航天人的自信。

雖然這些事情美國和俄羅斯在上世紀的六七十年代都已經完成了，我們現在算是在走別人走過去的路，在完成別人已經完成的任務，但是近些年來美國和俄羅斯在外太空行星的探測任務上並沒多大的建樹。

依舊是吃著老本，目標也是火星任務，如果這次我國成功實現火星探測的成功，可以說是一次史無前例的「彎道超車」。成為繼美國和俄羅斯之後第三個具有外行星和深空探索能力的國家。

如果這次任務圓滿成功，我國將進入真正意義上的航天強國，這跟載人登月的意義一樣重大，未來的2030年我們還計劃實現在火星上的採樣返回。

而美國也計劃在同一時期完成同樣的任務，這說明我們在航天事業上已經和老美有平起平坐的感覺了。

「天問一號」是我國徵服外行星和深空的第一步，未來還會有土星探測的「天問二號」，木星的「天問三號」，直到離我們最遠的海王星等等...

「天問一號」代表著我國進入航天強國的第一步，意義非凡。如果成功，載人登月那也是想不想去的事，而不是能不能去的事。你細品，今年7月有多重要...，大家拭目以待吧。