新華社電 「圜則九重，孰營度之？」2020年7月23日12時41分，我國在海南島東北海岸中國文昌航天發射場，用長徵五號遙四運載火箭將我國首次火星探測任務「天問一號」探測器發射升空，飛行2000多秒後，成功將探測器送入預定軌道，開啟火星探測之旅，邁出了我國自主開展行星探測的第一步。
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。
對宇宙千百年來的探索與追問，是中華民族矢志不渝的航天夢想。從古代詩人屈原發出的《天問》，到如今我國首次火星探測任務被命名為「天問一號」，太空探索無止境，偉大夢想不止步。
首次火星探測任務新聞發言人、國家航天局探月與航天工程中心副主任劉彤傑表示，此次火星探測任務的工程目標是實現火星環繞探測和巡視探測，獲取火星探測科學數據，實現我國在深空探測領域的技術跨越；同時建立獨立自主的深空探測工程體系，推動我國深空探測活動可持續發展。
「此次火星探測任務的科學目標，主要是實現對火星形貌與地質構造特徵、火星表面土壤特徵與水冰分布、火星表面物質組成、火星大氣電離層及表面氣候與環境特徵、火星物理場與內部結構等的研究。」劉彤傑說。
我國火星探測作為開放性科學探索平臺，包括港澳地區高校在內的全國多地研究機構積極參與研製過程，並與歐空局、法國、奧地利、阿根廷等組織和國家開展了多項合作。
此次火星探測任務於2016年1月經黨中央、國務院批准立項，由國家航天局組織實施，具體由工程總體和探測器、運載火箭、發射場、測控、地面應用等五大系統組成。
國家航天局探月與航天工程中心為工程總體單位，中國航天科技集團有限公司所屬中國運載火箭技術研究院抓總研製運載火箭系統，中國航天科技集團有限公司所屬中國空間技術研究院和上海航天技術研究院抓總研製探測器系統。中國衛星發射測控系統部負責組織實施發射、測控。中國科學院國家天文臺抓總研製地面應用系統，負責科學數據接收、處理、存儲管理等工作。
火星探測任務
觀賞指南
看點
世界首次一步實現火星探測「繞、著、巡」，最遠距離達4億公裡如何實現超遠距離深空通信？火星探測器發射後將經歷怎樣的歷程到達火星？記者為您梳理了一份此次火星探測的「觀賞指南」。
世界首次
一步實現「繞、著、巡」
目前，人類已對火星實施了44次探測任務，成功了24次，火星是人類認識最深入的行星之一。通過以往對火星的探測，人們在火星上發現了存在水的證據。火星上是否存在孕育生命的條件以及火星是地球的過去還是未來？這些問題成為火星研究的重大科學問題。
我國首次火星探測任務憑藉火星環繞器和著陸巡視器的超強陣容，可一步實現火星「環繞、著陸、巡視」三個目標，這是其他國家在首次實施火星探測任務時從未實現過的。相比月球探測，火星探測任務的難度更大。由於火星相對地球距離較為遙遠，對控制、通信和電源等技術領域都提出了很高的要求。
中國航天科技集團八院「天問一號」探測器系統副總師兼環繞器總設計師王獻忠介紹，研製團隊不僅攻克了火星制動捕獲等關鍵技術難點，更實現了地火間的超遠距離測控通信，並將通過環繞探測實現火星全球性、綜合性探測，完成火星表面重點地區高精度、高解析度精細詳查。
臨門一腳
制動捕獲「踩剎車」
火星捕獲是火星探測任務中技術風險最高、最為重要的環節之一，在火星探測器從地球飛向火星的過程中，能夠被火星引力所捕獲的機會只有一次。利用火箭助推，探測器獲得了擺脫地球引力的能量，使用精心設計的轉移軌道，探測器能夠最終順利抵達火星附近。
然而，受限於攜帶的推進劑有限，環繞器在抵達火星後，必須把握住唯一的機會對火星進行制動捕獲。此次火星探測任務捕獲時探測器距離火星僅400公裡，而此時探測器相對火星的速度高達4到5公裡每秒，一不留神就會撞擊火星或飛離，捕獲的成功與否成為火星探測任務成敗的關鍵。
在這一制動捕獲過程中，火星環繞器面臨諸多挑戰。由於捕獲時探測器距離地球1.93億公裡，單向通信時延達到10.7分鐘，地面無法對這一制動過程進行實時監控，只能依靠探測器自主執行捕獲策略。此外，在制動過程中，環繞器需要在自身出現突發狀況時自主完成相應處理，最大限度保證火星捕獲成功。
首次火星探測任務新聞發言人、國家航天局探月與航天工程中心副主任劉彤傑介紹，捕獲過程中，火星環繞器需要準確地進行點火制動，如果制動點火時間過長，探測器速度下降過多，探測器就會一頭撞上火星，如果制動點火時間過短，探測器速度過快，就會飛離火星從而無法進入環繞軌道，這對環繞器的自主導航與控制提出了極高要求。
4億公裡
超遠距離深空通信
環火飛行階段，由於地球和火星的運行規律，探測器距離地球最遠達到4億公裡。為了解決超遠距離通信問題，火星環繞器裝備了測控數傳一體化系統，實現了系統重量輕、通信效率高、通信鏈路可靠的目標。
為補償空間衰減，火星環繞器配置了大功率行波管放大器以及大口徑可驅動的定向天線，大幅度提高探測器到地球通信能力。
自主管理
探測火星需要會思考的「大腦」
通常情況下，環繞地球運行的衛星都是由地面控制中心根據衛星的實時狀態和任務要求進行控制的。但火星環繞器由於探測器到地球的距離遠，通信延時大，無法完全依靠地面指令對星上出現的突發狀況進行實時處理。此外，環繞器與地面站通信有其空間的特殊性，導致通信中斷（「日凌」）的時間最長可達30天，期間需依靠自身完成長期任務管理，並在出「日凌」後及時調整天線指向，迅速重新與地面建立聯繫。
據悉，在此次火星探測任務的關鍵節點，自主管理同樣需要發揮巨大作用。在火星探測器進行環繞器與著陸巡視器分離時，環繞器需在短時間內完成3次調姿和2次變軌，對姿態及位置測量及控制精度要求非常高。正是依靠自主在軌管理系統，火星環繞器才能夠精準、及時地完成與著陸巡視器的分離。新華社