屈原在2000多年前寫了一首詩《天問》,詩的前半部分充滿了中國古人對日月星辰、陰陽變化等自然現象的好奇和探索精神。直到2020年7月的一天,屈原的天問終於穿越歷史銘刻在火箭上了。我們中國人終於有能力去探索那顆神秘的螢惑,這是每個中國人都會感到振奮的事情。
2020年7月23號這一天:海南文昌航天發射場發射區迎來了長徵5號遙4火箭。這架火箭今天執行的任務是送一輛火星車和一架軌道飛行器組成的「天問一號」火星探測器上天。這意味著中國人4年前立項的靠自己登陸火星的計劃正式實施了。這次發射任務要一次性完成「繞」、「落」、「巡」三個技術難點。就是先繞火星軌道運行,然後降落在火星上,最後用火星車在火星上巡邏。說起來簡單,這一系列技術現在連俄羅斯都還沒有幹成功呢!
如果把人類對火星的探測看成是一場考試,那麼這張試卷上真是滿滿的大紅叉,離及格線太遙遠了,這一點也不誇張。
今年7、8月,是地球向火星發射探測器的最佳時期,也叫窗口期。火星距離地球最近也在5000萬公裡以上,地月距離是38萬公裡,兩者相差100多倍,也難怪天問1號,這一去路上就要大半年時間。其他國家也瞄準了這次窗口期,阿聯的「希望號」在日本發射,接下來美國的「毅力號」也要同臺競技。
一般來說,探測任務升空後可分為三個步驟:
一、入軌:探測器進入地火轉移軌道,在地面的支持下進行軌道修正,在近火點附近準備剎車被火星捕獲進入環繞火星軌道,這一系列操作都必須一氣呵成,稍有不慎探測器就會脫離控制,飛向更遠的太空,入軌的難度就好比從巴黎揮桿擊球,要正好落到東京的某個球洞裡。
二、分離:環繞火星的探測器調整到停泊軌道後對著陸區進行預先探測,調整好著陸點、環繞器和著陸巡視器就可以分離了,分離之後,環繞器繼續環繞火星進行科學探測,而,著陸器就可以進行第3步著陸。
三、著陸:分離之後的著陸巡視器將會進入火星大氣層,通過氣動外形降落傘、反推發動機等多級減速和著陸緩衝降落於火星表面,釋放出火星車開始巡視和科學探測。這其中最大的難點在於「恐怖七分鐘」也就是再入下降與著落過程中要在7分鐘內將探測器的時速從2萬公裡降至到零。由於距離地球的控制中心距離太遠以及數據傳輸延時太大,就要求著陸器必須具有很高的自主能力,同時火星光照強度小,加上火星大氣對陽光的消減作用,火星車能源供給比月球車更為困難,這些因素都使得火星探測任務就更難更複雜了,所以火星表面幾乎成了探測器的爆炸現場。
火星探測最成功的國家目前就是美國了,他的幾次探測任務進行的都比較順利,也為NASA順利獲得火星的第一手資料立下了汗馬功勞。相比之下俄羅斯就有點慘了,僅有的一次探測器好不容易到達火星地面,但在14秒後就與蘇聯地面控制中心失聯了,甚至連一張照片都沒有來得及拍。還有歐洲的「小獵犬二號」著陸後由於太陽能板在打開時出現故障,遮擋了探測器的天線導致無法與地面控制中心建立聯繫,任務宣告失敗。到目前為止,你能猜到首次火星任務就成功的國家是哪一個嗎?答案是印度。2013年印度「曼加裡號」火星探測器成功發射,不過這個探測器太迷你了,可惜沒能完成什麼有價值的任務,所以說印度這次的探測沒什麼意義。
從1961年到現在人類林林總總實施火星探測活動55次。任務成功或者是部分成功僅有28次,成功率只有50%。其實「天問一號」並不是我國第1顆火星探測器。2011年中國「螢火一號」火星探測器搭載在俄羅斯「福布斯土壤」探測器內部,由俄羅斯「天頂號」運載火箭在哈薩克斯坦拜科努爾發射場點火發射,但遺憾的是「福布斯土壤」探測器未能按計劃變軌,沒能進入火星軌道,在2012年墜毀在太平洋,任務失敗。如果說「螢火一號」是合夥,那麼「天宮一號」就算是單幹了。它是我國首次獨立自主開展的火星探測,並且一次發射要完成「環繞」、「著陸」、「巡視」三大任務,實現火星表面地貌、土壤特性、物質成分、大氣電離層、磁場等探測,並且試圖尋找火星上的生命跡象。如果這次任務能夠順利完成,這將是世界上首次探索火星就一舉完成軟著陸的壯舉。