「天問一號」這一趟火星之旅是為了什麼？這是中國深空探測的新起點

「日月安屬？列星安陳？」

兩千多年前，詩人屈原的長詩《天問》，展現出了我國先輩對宇宙洪荒、天地自然的思索與探尋之心。如今，隨著現代天文技術的進步，浩瀚宇宙的神秘面紗正一層層被揭開。

中國60多年航天事業的發展，探月工程「五戰五捷」的積累之下，2016年1月，中國批准立項了自主執行火星探測的任務。到2020年4月24日（中國航天日），中國行星探測任務被正式命名為「天問系列」。這一系列決定，徹底打開了我國首次「火星旅行」以及未來探索更多行星的局面。

7月23日12時41分，「天問一號」在海南文昌航天發射場點火啟程。它前往的目的地，正是距離地球5500多萬公裡、最遠距離達到4億公裡，被稱為地球「姊妹星」的火星。而本次「探火」任務的進行，也將成為我國進行更多行星探測的起點，拉開中國航天向更遙遠深空求索的序幕。

「天問一號」的成功發射，只是走出了萬裡長徵第一步。根據目前的計劃，火星探測器將於2021年2月11日前後進入環繞火星運行的軌道，並於2021年4月23日通過著陸器降落火星車到火星表面，進行設計壽命90天的探索工作。

「這是我國航天史上新的裡程碑。因為作為脫離地球引力場的深空探測，這是中國的第一次。」北京大學地球與空間科學學院教授焦維新告訴紅星新聞記者。

「天問一號」在海南文昌發射

「天問一號」首開中國火星探測

一次性完成「繞、著、巡」三大任務有多難？

現代天文學崛起後，人類一直行進在通往火星的道路上。

從1964年「水手4號」火星探測器發射，1965年回傳第一張火星表面照片開始，50多年時間裡，人類已先後開展了約50次火星探測。但與其他國家的火星探測不同，「天問一號」將三步並作一步走，計劃通過一次發射，實現「繞、著、巡」（火星環繞、著陸和巡視探測）三大任務，而這在國際上尚屬首次。此前美國海盜1號、海盜2號火星探測器，也僅僅是通過一次發射實現了環繞、著陸兩種探測目標。

「比如其他國家過去進行的火星探測，若要完成這三項任務，可能需要分三次進行發射。按照每26個月出現一次探測窗口期，這三個步驟耗時很長。」焦維新向紅星新聞記者解釋，如果三個項目每次都單獨發送，那麼每次都能單獨解決相應的問題。但如果一次性完成，就需要在短時間內一次性解決三個步驟可能遇到的所有問題。

而之所以「天問一號」要在一次發射中完成三項任務，焦維新認為，這樣可以大大節省「探火」的時間和燃料成本。但不可否認的是，這三項舉措在落實上，每一步都面臨重重障礙。

焦維新解釋稱：首先是「繞」，這一環節主要依靠火星軌道器，它要求「天問一號」在接近火星時，速度必須從每秒3公裡，減速到每秒1公裡。如果速度不減下來，很可能會被吸入太陽系，如日本此前發射的軌道器，在該環節就出現過問題。但如果速度降得太快，軌道器又有可能直接撞擊火星。此外，若減速過程發生在火星背面，那麼又可能導致地球在20～30分鐘收不到從火星發回的任何信號。

接著是「著」，即保證火星車順利著陸火星，包括此次美國將要發送的「毅力號」，也只是專門向火星發送火星車。但著陸過程同樣面臨巨大挑戰，因為著陸器需要在極快的速度下穿過大氣層，此時溫度迅速上升，且阻力巨大。此過程中，需要在火星車前部降溫後，拋掉熱防護罩，接著打開巨大的降落傘繼續減速；下降到一定高度後，就要拋掉降落傘，打開反衝發動機，直到距離火星表面100米左右，才能進行準確著陸。

「在整個著陸過程中，著陸器何時開始減速、以何種姿態進入大氣層、進入的角度等都需精準控制。」焦維新說，整個過程必須在7分鐘內完成，而這也是人們常說的「魔鬼7分鐘」。

完成上述工作後，火星車才開始在火星表面進行巡查，包括對火星表面地質結構、礦物、是否具有維持生命的物質等進一步探尋。而這一環節能有哪些新發現，也是本次「天問一號」綜合實力的體現。

對於「天問一號」首開「繞、著、巡」一次發射完成的舉措，焦維新表示：「這是技術上的一種創新和進步，如果能成功，就能讓中國在短時間內實現更多的科學探索目的。」

「天問一號」升空

各國爭相「探火」是為了資源爭奪？

專家：火星更具有探索價值，能幫助人類更了解地球

可以說，7月是人類進行火星探測的「高光時刻」。包括「天問一號」在內，陸續有三艘太空飛行器計劃於7月底至8月初的發射窗口前往火星。如阿聯「希望號」火星探測器，於北京時間7月20日清晨成功發射；美國國家航空航天局（NASA）的「毅力號」，預計於7月30日發射。

世界各國為何都在7月扎堆啟動火星探測？對此，焦維新解釋，由於火星、地球都繞太陽公轉，相對位置不斷變化，要等到火星比地球超前44度時，才能保證地球飛入火星軌道時，火星也正好處於相對位置，這時候也是火星距離地球最近的距離。因此只有每隔約26個月，才能等到地火直線距離最近。換言之，在這一窗口期前後，從地球發射火星探測器，就能讓人類「探火」之旅時間更短、所攜燃料更少、成本也更低廉。

焦維新指出，今年的火星窗口期，主要是在7月15日到8月5日之間，如果錯過，下一個窗口期就要等到2022年9至10月。換言之，在這一窗口期前後，從地球發射火星探測器，就能讓人類「探火」之旅」時間更短、所攜燃料更少、成本也更低廉。

「但這並不是網友認為的，地球火星太陽在一條直線上，三者距離才最近。」焦維新強調，因為起點線不同，所以不能認為三大行星在一條線是最對距離，而是保持44度距離，才是最近距離：「這好比四百米賽跑，外圈不可能與內圈在一條起跑線上一個道理。」

那麼，為何火星能引來各國的爭相探索？甚至有聲音認為，這是否是各國在開展對火星資源的爭奪戰？對此，焦維新給出了否定回答。

「即便已經有半個多世紀來研究宇宙，但就目前探測水平來看，還遠遠達不到對火星探測清晰明了的程度，更談不上是對火星資源的爭奪。」焦維新解釋，之所以各國都爭相進行火星探索，是因為相比於其他星球，比如金星條件太過惡劣，基本不可能有生命存在，所以也暫時實現不了我們希望的科學目標。相比之下，火星更具有探索價值。

「火星能反映出很多問題，這對我們了解地球會有幫助。」焦維新解釋稱，比如為什麼同在內太陽系，各個行星演化的結果卻有所不同？如果能找到何種原因導致各大行星演化結果的不同，那麼我們就能更好地了解地球演化的過去。「通過對其他星系的考察，能找更多與地球有關的答案。」焦維新說。

至於對火星的爭奪，焦維新認為，未來人類並不會如電影中演繹般，將大規模前往火星，因此也不可能由此出現爭奪火星的現象。焦維新認為，從必要性來說，相比於地球，火星完全不具備人類生存的條件：「哪怕地球環境再惡劣，或者人口大爆炸，從必要性來說，改造地球上的沙漠，也比改造火星容易得多。」

火星之旅有多難？

「天文一號」出發後，還會遇到哪些難題？

2020年是中國火星探索元年。而在業界，火星素有「探測器墳場」之稱。有數據顯示，自上世紀60年代以來，人類的火星探測活動成功率不到50%，其餘項目出現過探測器撞毀、失靈或失蹤等情況。

「作為我國首次探火的經歷，這其實對我國的導航技術、深空通訊技術、遙測技術等等方面，都是一次全方位的考驗。」焦維新表示，「天問一號」出發後，最大的攻堅難題仍然是克服切入火星軌道並著陸的「魔鬼7分鐘」。而如果本次探火全面成功，那也意味著未來我國航空航天技術將向更精細化邁進，各項係數的精度都會有所提升，未來這些技術也會轉移至民用，為整體的科技進步奠定基石。

值得一提的是，本次承擔「天問一號」發射任務的，是有「胖五」之稱的長徵五號運載火箭。而為了將探測器順利送入地火轉移軌道，「胖五」一度飛出了我國運載火箭的最快速度——每秒11.2千米的第二宇宙速度。

對此，焦維新也表示：「這是長徵五號第一次執行硬任務，過去多是有效載額，影響不大，但此次專門為了探測火星，在速度上有了大的提升。」據了解，此前執行探月任務時，速度只用達到每秒10.9公裡，而如今長徵五號的速度已超過了每秒11.2公裡。焦維新明確，通過執行本次任務，長徵五號將未來能適應更多工作，係數也將更加精確。

那麼，作為我國首次探火的「天問一號」，與此前各國進行的火星探測相比，有何不同之處？焦維新表示：「從軌道器、火星車、著陸器來講，並無太大不同。本次『天問一號』能達成的功績，主要取決於後期的有效載額，比如是否能測量出火星大氣中微量氣體的成分等等，而這就取決於探測器等一系列的綜合性能。」

「本次探火任務，主要還是集中於對火星的地質地貌、大氣層的成分等基本內容進行探測。」焦維新透露，能不能取得良好的探測效果，一是取決於火星車本來的性能，二是和火星車的著陸點有很大關係：「著陸點不同，取得的科學成功也會有所不同。」

另據中國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此前在公開接受媒體採訪時介紹，本次「天問一號」在環繞器上，將對火星表面磁場、表面形貌及淺表層結構，甚至是水冰的含量進行探測。而火星車將探勘火星表面形貌，並分析物質成分，看淺表層結構，同時也會對磁場進行測量，對大氣的氣溫、氣壓和溫度進行測量，而這些都將有助於人類對火星的進一步了解。

「天問一號」升空，意味著什麼？

這是中國脫離地球引力場深空探測的第一次

在火星使命牽引下的新一輪創新，對實現航天技術領域新跨越、推動我國由航天大國走向航天強國意義重大。而此次「天問一號」的升空，也將成為中國進行行星探索計劃的啟動鍵。

「這是我國航天史上新的裡程碑。因為作為脫離地球引力場的深空探測，這是中國的第一次。」焦維新認為，相比於過去的探月，探測器並未脫離地球引力場範圍，而本次挑戰無疑更大。但如果能取得成果，這就能為我們探測更多行星提供信心和參考價值。

實際上，美國康奈爾大學航空工程師梅森·佩克也曾表態：「成功登陸火星將使中國躋身太空精英強國之列。」

而在探火之後，深空探測之路並不會因此停下腳步。中國科學院院士、中國航天科技集團有限公司科技委主任包為民曾在接受中新社記者採訪時透露，2030年前後，中國還將實施火星採樣返回、木星系探測等任務。

中國對於浩瀚宇宙的探索之路，也許在2020年7月23日之後，是另一個新的開始。

紅星新聞記者 趙倩 特約記者 楊雨奇攝影記者 劉海韻

編輯 何先菊

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