自20世紀60年代以來,人類曾進行了四十多次火星探測任務,2020年火星探測再次成為熱門。為什麼我們選擇火星?
火星是人類可以探索的距離地球較近的行星之一,人類如果想要衝出地月系統到達下一個行星,理論上應從火星和金星兩個鄰居開始。它們和地球同處太陽系內的宜居帶內、同屬於巖質行星、擁有孕育生命的可能性。
然而,人類經過航天探索發現,金星環境惡劣:氣壓是地球的92倍,空氣中幾乎全是二氧化碳,並且布滿了稀硫酸雲。地表溫度常年保持在460攝氏度,探測器著陸後存活難度大,人類更是無法生存。相較而言,火星的條件「優越」不少。
第一,環境可適應性好。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;火星表面光照不太弱,晝夜與地球相當,太陽能可用。
第二,可達性好。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。
火星探測的意義
第一,有科學家認為,大約40億年以前,火星的地質和氣候與地球相似, 也有河流、湖泊甚至可能還有海洋,未知的原因使得火星變成現在的「荒漠行星」。火星的演變時間更長,一定程度上可以說是地球的「未來」。探索火星的地質與氣候變化的原因, 對研究地球自然演變方向和保護地球地質氣候條件具有重大意義。
2019年3月「好奇號」探測器拍攝的火星鵝卵石
第二,經過多年的探索研究,在火星上發現了水存在的證據。「火星快車」任務甚至發現了疑似地下水湖,推測火星也存在一定有機物分子,這為探究火星上有無生命以及生命存在的形式類型提供了基礎依據。地外生命探尋是國際深空探測最重要的科學主題之一,水的發現大大激發了科學家在火星上尋找生命跡象的熱情,同時對研究地球的生命起源和演化提供科學參考。
火星地表復原示意圖
第三,火星沒有類似地球的全球偶極磁場,這導致太陽風高能粒子可以直達火星表面。開展火星探測,有助於人類進一步研究行星磁場演變,以及磁場對行星的演化過程的影響。
第四,火星是太陽系內環境與地球最為接近的星球,是人類最有可能登陸的下一個地外天體。
如果人類航天的未來是宇宙的星辰大海,中國人沒有任何理由不去探測火星!
美國外交學者網站7月14日發表署名娜姆拉塔·戈斯瓦米的題為《中國為何要前往火星》的文章,內容編譯如下:
2020年是執行火星任務的理想年份,因為今年地球與火星的距離比較近。這樣的機會每26個月出現一次,使我們能以較少的時間和燃料向火星發射探測器。三個火星任務會在7月中旬至8月成行:美國「毅力」號探測器、阿聯「希望」號探測器和中國「天問一號」火星探測任務。
中國為什麼要投資火星任務?火星任務與中國的長期太空戰略及目標有什麼關係?
首先,對中國來說,到達火星是檢驗任何太空強國的一大標準。一次成功的火星任務能夠立刻把一個國家帶入太空精英俱樂部。登陸火星是個令人垂涎的獎品。火星任務標誌著一國真正致力於研發使人類得以抵達、了解並有朝一日移居遙遠星球的能力。中國的太空科學家已經表達了移居目標。2019年,中國開放首個火星模擬基地。基地位於青海茫崖市,能讓人們在類似火星的環境中生活。
其次,火星是太陽系的類地行星。能夠登陸火星並制定火星太空發展戰略,意味著能夠增強中國的太空基礎設施。中國的火星戰略是其龐大太空後勤基礎設施的組成部分。2020年4月,國家發改委發布了新型基礎設施名單,希望指導政府工作重點和投資方向。中國正在建設真正獨立的太空基礎設施,包括獨立的北鬥衛星系統、月球部署能力、獨立的空間站以及眼下的火星探測任務。
▲資料圖片:2016年發布的火星探測器飛行效果圖(中國探月與深空探測網)
一旦全部完成並對外展示,中國將向世界提供另一套可靠的太空基礎設施,進一步爭奪全球太空領導地位。
再次,登陸火星將提高中國的自動深空探索能力。由於火星上存在大氣層,因此著陸器需要配備隔熱罩、降落傘和推進器,以便在降落火星表面時減速,所有這些功能都必須實現自動化。此外,地球與火星進行一次通信需要等待約40分鐘,也就是說火星車將必須具備高超的自動化性能,必須具備自主決策能力。
假如中國成功實現火星著陸,著陸器成功釋放太陽能火星車,且火星車通信系統完好無損,能夠按計劃在90個火星日裡正常運轉,那麼中國將成為除美國外唯一完成這一系列壯舉的國家。
第四,中國相信,首次獨立嘗試火星任務就實現全部三大成就(包括環繞、著陸和巡視火星)將產生令人折服的效果,標誌著中國空間科學領域走向成熟。中國空間技術研究院技術顧問葉培建2016年接受採訪說:「雖然我們不是第一個向火星發射探測器的亞洲國家(印度2014年成為首個向火星發射軌道飛行器的亞洲國家),但我們希望從更高起點開始。」按照中國國家航天局的說法,「一次性完成『繞、落、巡』三個任務」將是前所未有的壯舉。
第五,中國希望成為深空知識探索領域的有力競爭者。中國的火星車將攜帶總共6種載荷,其中包括可以描繪火星地下狀況、甚至探尋永久凍土跡象的探地雷達。「天問一號」和美國「毅力」號將成為首批攜帶探地雷達執行任務的火星車。
中國的火星任務是其宏偉太空基礎設施計劃的一項內容,旨在到2049年獲得太空主導地位。火星任務既增強了中國的太空技術能力,又提高了中國太空計劃的威望、聲譽及信譽。值得注意的是,中國正在同步投入月球探索與深空探索能力。