五月份中國載人航天工程取得進展後,七月份中國航天領域再添喜事。北京時間7月23日12點41分左右,中國長徵五號遙四運載火箭在中國海南省文昌發射中心發射升空,此次火箭搭載的是「天問一號」火星探測器,這是中國首次自主探測火星。據悉「天問一號」探測器將在地火轉移軌道飛行約7個月後,到達火星附近,通過「剎車」完成火星捕獲,進入環火軌道,並擇機開展著陸、巡視等任務,進行火星科學探測。
「天問一號」,取自於中國戰國時期詩人屈原寫的一首長詩別名《楚辭天問》,該詩從天地分離,陰陽變化,日月星辰等自然現象,提出對天地自然和人世間一切事物現象的發問表達了對真理的追求。
剛剛起步的中國火星探測
「天問一號」之前,中國曾有過一次火星探測嘗試。2011年11月9日,中國首顆火星探測器「螢火一號」同俄羅斯「福布斯-土壤」探測器在位於哈薩克斯坦境內的拜科努爾發射場搭乘俄運載火箭發射升空。彼時離地球最近的月球探測(中國探月計劃始於2004年)才啟動6年,包括火星在內的深空探測技術尚不成熟,特別是缺乏合適的大推力運載火箭,中國只能與技術更為先進的俄國合作。但是由於在發射過程中,俄羅斯探測器「福布斯-土壤」探測器未能成功變軌,以至於兩個探測器未能脫離地球軌道,該次探測以失敗告終。
這次失敗讓中國航天人看到了關鍵領域技術自主的重要性,加速了大推力運載火箭等關鍵技術的突破。2016年11月3日,長徵五號遙一火箭成功首飛,由此中國的大推力火箭發展取得一定進展。同時中國火星探測任務也與當年1月11日獲批准立項,中國啟動了探測火星的第二次嘗試。
直到2019年中國官方才再次通報火星探測進展,2019年10月11日,中國火星探測器首次公開亮相,暫命名為「火星一號」,並計劃於2020年發射。2019年11月14日,中國火星探測任務首次公開亮相,計劃2020年擇機實施。2020年4月24日,中國行星探測任務被命名為「天問系列」,首次火星探測任務被命名為「天問一號」。
7月23日,如開篇所述,「天問一號」成功升空。據了解火星車上搭載了6種有效載荷,包括地形相機、多光譜相機、次表層探測雷達、表面成分探測儀、表面磁場探測儀、氣象測量儀,為完成火星表面巡視探測科學任務提供了保證。同時,為了適應火星地表的特殊環境,火星車還具備環境感知、障礙識別、局部路徑規劃及多輪運動協調控制等功能。
為什麼選擇火星?
太陽系有八大行星,從內到外分別是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。金星、火星同屬於離地球最近的行星,是航天大國的主要探測目標。雖然金星有著與地球相似的地表指標,即,金星的質量是地球的82%,體積是地球的87%,重力是地球的90%,各方面跟地球十分接近,是所有行星中與地球最為接近的。但火星卻被多國選中成為最為熱門的「行星旅行地」,為什麼?
第一,環境可適應性好。雖然火星地表指標不如金星,即質量是地球的11%,體積是地球的15%,重力是地球的38%。但是火星環境最為接近地球,表面平均溫度零下55℃;大氣密度相當於地球的1%,在太陽系中大氣條件最為接近地球;而且火星表面光照不太弱,晝夜與地球相當,太陽能也可用。
第二,可達性好。如前文所述,在太陽系的行星中,火星距離地球近,基於人類現有的空間探測器投送能力,可以實現環繞和著陸,而且探測周期比較合適。
第三,火星上有液態水,這點極為重要。科學家們曾在火星表面發現過一個地下鹽水湖,這座「湖」存在於火星南極冰蓋之下,直徑約20千米。而此前,也有相關研究證明火星上有大量乾涸的河谷以及湖泊,科學家甚至在小溪中發現了很多鵝卵石,根據這個信息科學家們甚至推測出了當時小溪的流動速度和深度。由此也有科學家推測火星可能存在生命,但目前尚未有直接證據。
中國之外國家的火星探索
2020年的火星探測除了中國外,還有美國和阿聯。7月20日,阿聯首個火星探測器「希望號」成功發射。不出意外美國的「毅力號」近日也將出發。之所以三個國家最近相繼發射發射火星探測器,是因為2020年是火星年,會出現一個窗口期,根據地火在太陽系的相對運動關係,約26個月出現一次從地球發射探測器到火星的機會,這就是所謂的「窗口期」,一旦錯過就需要等待兩年多。這也足見火星探索的艱難,那麼在這樣的背景下,全球火星探索取得什麼進步?各國國家又發展到哪個階段呢?
目前全球有過火星探索實踐的有前蘇聯、美國、印度,正在實踐的有中國、阿聯。
前蘇聯是第一個向火星發射探測器的國家。早在1960年10月10日,前蘇聯就向火星發射了第一枚探測器火星1A號。四天後第二枚火星探測器升空,但這兩次均以失敗告終。之後也先後發射了火星1號等許多不具名探測器,也都相繼失敗。直到1971年5月19日和5月28日先後發射火星2號和火星3號,其中火星2號於1971年11月27日成功到達火星,並進入環繞火星軌道,成為有史以來第一個成功抵達火星的人造物。火星3號於12月2日到達火星,成功進入環繞火星軌道,並釋放著陸器,其著陸器成為有史以來第一個成功在火星表面軟著陸的探測器。在此之後前蘇聯,甚至其主要繼承國俄羅斯曾繼續嘗試發射火星探測器,但成果寥寥。
美國是前蘇聯之後第二個向火星發射探測器的國家。1964年美國先後向火星發射了兩枚探測器水手3號和水手4號,水手3號於1964年12月5日發射升空,是美國發射的第一枚火星探測器,但因發射過程中太陽板未能正確打開,導致電能耗盡後探測器與地面失去聯繫,該次發射以失敗告終。水手4號於1964年12月28日發射升空,是有史以來第一枚掠過火星並發回探測數據的探測器。隨後美國發射了水手6號、水手7號、水手8號、水手9號。結果也不如意。
直到1975年,美國再次發射維京號探測計劃,成為人類史上最為成功的火星探測計劃之一。維京1號於1975年8月20日發射升空,著陸器於1976年7月20日在火星表面成功著陸。海盜2號於1975年9月9日發射升空,著陸器於1976年9月3日在火星表面成功著陸。之後的火星全球勘測者探測器、火星奧德賽號等均發射成功。
除前蘇聯、美國外,印度也是火星探測非常成功的國家。印度的火星探測始於2013年11月,當時印度發射了「曼加裡安號」火星探測器,在飛行了11個月後,「曼加裡安號」進入環繞火星的軌道,這使得印度成為了第一個也是目前唯一一個首次探測火星就完全成功的國家。
中國和阿聯的火星探索正在進行中,結果如何尚待揭曉。隨著人類對外太空探測的深入,人類在太空的「爭奪」也將愈加激烈。