2009年有人斷言，中國自主探測火星需20年，如今天問一號成功打臉

2009年06月05日，在第三屆上海航展上，一個名為「螢火一號」的探測器成為焦點中的焦點，這是中俄兩國合作研製的火星探測器。

當時，北京大學地球與空間科學學院焦維新教授認為中國如果想要自主探測火星，恐怕還要20年，他認為大量開展國際合作是一條捷徑。

然而「螢火一號」最終並沒有成功發射，從那時起，中國堅定了自主研製火星探測器的決心，僅僅用了11年，在2020年7月23日，中國火星探測器「天問一號」成功發射。

天問一號是個繞落巡的綜合任務，由軌道器、著陸器、巡視器三個部分組成，計劃用一次發射同時完成環繞、著陸、巡視（探索）3 種探測目標，希望實現一舉多得。

不過，此次發射成功，並不意味著中國的「探火計劃」取得了成功，後面還有地獄級難度的挑戰在等著我們。

為什麼這樣說，因為中國第一次發射火星探測器，就要一次性完成火星探測「繞、落、回三步走」項目計劃，連美國都不敢這樣嘗試。

繞：軌道器環繞火星進行探測；落：著陸器軟著陸於火星表面進行固定位置的地面探測、巡：巡視器（火星車）在火星表面進行不固定位置的巡視探測。

1877年，一名名叫喬瓦尼·希帕帕雷利的天文學家製作了一部包含運河的火星地圖。 其實，他所說的「canali」意味著渠道，但被誤解為是運河。

自此之後，科學界就認為火星存在著生命，這也是為什麼在開始太空競賽之後，美蘇都想要前往火星，1960年，前蘇聯向火星發射了火星1A號探測器，然而發射後，第三節火箭故障，任務失敗。但它是人類探測火星的開端，此後蘇聯共進行了4次火星探測計劃，均宣告失敗。

1964年11月5日，美國發射水手3號，但由於太陽能電池板不能展開而無法正常工作，在23天之後，美國又發射了水手4號，這是第一個成功飛越火星的太空船。它回傳了第一張火星表面的照片。

直到1975年8月20日，美國海盜一號成功發射，成為全球首個能成功登陸火星的衛星，，截至目前為止，人類一共進行了45次火星發射任務，目前完全成功的僅有17次，成功率僅有30%，而成功登陸火星也僅有5次， 火星也被稱為「探測器墳場」。

直到如今，還沒有哪個國家，依靠單個探測器實現「環繞+巡視+著陸」三大任務，如果中國能夠成功實現，那麼將是航天史冊上的第一位，中國在火星探測上的實力，將直追美國，成為全球第二。因為目前真正意義上登陸火星的國家，只有美國。

火星距離地球的距離太遠了，地球到火星的最近距離約為5500萬公裡，最遠距離則超過4億公裡。兩者之間的近距離接觸大約每15年出現一次。1988年火星和地球的距離曾經達到約5880萬公裡，而在2018年兩者之間的距離則達到5760萬公裡。

從目前的太空飛行器到火星的時間來看，大致需要6-10月左右，因為距離太過於遙遠，所以對發射、軌道、控制、通信和電源等不少技術都提出了很高的要求。

例如，運載火箭的運載能力、入軌精度和可靠性是火星探測的重要前提，要讓探測器脫離地球引力必須達到第二宇宙速度11.2公裡/秒，中途需要幾次軌道修正，以確保當「天問一號」抵達火星附近，火星的引力場就會抓住它。總之，進入火星軌道的過程非常困難，中國和俄羅斯研製的「螢火一號」，就是因為俄羅斯的「福布斯－土壤」探測器未能按計劃變軌，所以才慘遭失敗。

除此之外，地球發送到火星的無線電信號延時很長，在地球上，僅需0.13秒就能實現任意兩點的通信，地月之間則需要2.5秒，可是，當地球與火星處於最大距離時，即便是光速通信也會有44分鐘的延時。

因此火星探測器需有較強的自主控制能力；由於信號的強度與距離的平方成反比，距地球太遙遠的火星需要裝有高增益、高可靠通信設備，以及必須擁有天線直徑很大的地面深空測控網以增加探測距離。目前，我國的深空網已成為繼美國深空網、歐空局深空網之外，又一功能完備的全球性測控網。

2018年，美國洞察號飛往火星的軌道

為了可以接受「天問一號」發來的數據，中國科學院國家天文臺建設的70米天線（以下簡稱GRAS-4天線）高性能接收系統進行了反射體的整體吊裝。該項目建成後將成為亞洲最大的單口徑全可動天線，是完成火星探測器科學數據接收任務的關鍵設備。

而降落是整個航天任務中最難的一關，火星大氣，它可以產生高達2000攝氏度的溫度，火星大氣密度只有地球大氣密度的1%，因而輻射嚴重，沙塵暴也很大，有時是地球上12級颱風的6倍，且可持續達半年。

在著陸器著陸過程中，探測器防熱措施如何，降落傘、氣囊和緩衝火箭等能否按程序工作，都必須非常精確，整個過程被稱為「恐怖7分鐘」，這過程等於「盲降」，7分鐘的時間甚至不足以完成一次地火通信，進入火星大氣層後，即再入、下降與著陸的過程超過1000個動作必須依靠探測器自主完成，對軟體和硬體的要求極高。

火星環境複雜、惡劣，是造成火星探測器經常「陣亡」的主要原因。作為火星登陸計劃的最後一步，著陸器要在7分鐘的時間內將時速從2萬千米降低到零，這也是整個任務的關鍵點，直接決定著任務的成敗。

這也是為什麼60年來僅有美國成功降落過火星的原因，中國「天問一號」著陸器進入火星大氣後，通過氣動外形、降落傘、反推發動機等多級減速和著陸腿緩衝。火星車(即巡視器)和著陸平臺分離後，將開展區域巡視探測。環繞器將為火星車提供中繼通信鏈路，並開展環繞科學探測。

天問一號著陸區域

而軌道器將配備 7 臺設備，或包括高解析度照相機、中解析度照相機、地下雷達、礦物光譜儀、中性和高能粒子分析儀以及磁力儀。火星車則重達 200 公斤，將搭載 6 臺設備，或包括遙感相機、探地雷達、多光譜照相機、雷射擊穿光譜儀，以及探測氣候和磁環境的儀器。

這些有效載荷要完成以下五大科學目標：（1）繪製火星形態和地質結構圖；（2）調查火星表面的土壤特徵和水冰分布；（3）分析火星表面的物質組成；（4）測量電離層和火星地表氣候及環境特徵；（5）探索火星的物理場（電磁場、引力場）和內部結構。。

希望「天問一號」可以成功挑戰這地獄級難度，帶領中國航天向著更遠的深空進發。