一分鐘帶你看懂，天問一號的遠徵火星全過程
2020-07-24 果殼有一個振奮人心的消息想必大家都已經知道了，中國首次火星探測任務「天問一號」，於今天2020年7月23日12時41分，搭載著「長徵五號」遙四運載火箭踏上了前往火星的徵程。
升空！！｜央視財經
邁向行星的「天問」系列
「天問」來自中國偉大詩人屈原的長詩《天問》。在這首詩裡，兩千多年前的屈原同學化身好奇寶寶，對天地萬物發起了一連串「靈魂拷問」。尤其是「日月安屬，列星安陳」這樣的求知渴望，正對應著兩千多年後的中國「走出」地球，探索遙遠行星世界的堅定決心。
「中國將行星探測任務命名為天問系列」 | 央視新聞
是的，意思就是說…… 「天問」系列並不僅僅是中國火星任務的名稱，而是中國接下來行星探測任務共有的名稱。
從這個角度來說，「天問」系列的目標是建立起我國自己的「行星艦隊」，目標不可謂之不大。
三大任務：繞著巡
天問一號將是我國自主發射的第一顆火星任務（遺憾失敗的螢火一號是借俄羅斯火箭發射的），不同於之前「輕騎兵」模式的螢火一號，天問一號將是絕對的重磅出擊——利用1次發射完成「環繞」、「著陸」、「巡視」火星這3大任務，也就是所謂的「繞著巡」。
央視新聞
環繞通常通過環繞器（軌道器）來完成，例如目前在軌的NASA火星勘測軌道飛行器（MRO），就在一圈一圈環繞著火星的過程中展開各項探測。而中國的天問一號也會包含1個環繞器，完成至少1年的環火星探測。
NASA MRO軌道器（左）和中國天問一號軌道器（右）示意圖 | NASA、CNSA
著陸可以通過著陸器或者巡視器來完成，兩者的主要區別就是著陸器不能動，而巡視器可以自由移動。我們熟悉的嫦娥三號著陸器+玉兔號月球車，嫦娥四號+玉兔二號月球車，就是著陸器+巡視器組合。
2019年1月11日，嫦娥四號著陸器和玉兔二號月球車兩器互拍。來源：中國探月工程
也就是說，著陸器只可以完成著陸，而巡視器則可以完成著陸+巡視兩項任務。
而本次天問一號則將通過一個著陸巡視組合體來完成著陸和巡視兩項任務。著陸巡視組合體包含進入艙（著陸架）和火星車兩部分，進入艙負責著陸，而火星車負責科學探測。
著陸巡視組合體的工作過程：著陸火星、分離火星車、火星車開展巡視探測。| CCTV
為了完成這樣高難度的目標，我們已經做了許多準備。
長徵五號：終於等到你
想要一次把3個大傢伙運上火星，首先必須解決的難題就是運輸工具——火箭。要知道，相比於40萬公裡外的月球，火星可遙遠得多得多。
圖源NASA
不過，直線距離的對比，對我們理解火箭的發射難度其實並沒有直接的意義，因為不管是去月球還是去火星，探測器都 不 是 直 線 飛 過 去 的 ，而是通過火箭的運力把探測器送入一個大橢圓軌道，讓探測器飛著飛著自然而然和火星「相遇」——這就是傳說中的「霍曼轉移軌道」。
從地球到火星的霍曼轉移軌道，這樣的發射窗口每26個月一次。凡是跟你們說火星發射窗口是地球和火星距離最近
之所以選擇這樣的方式飛往火星，完全是因為對我們可憐弱小又無助的地球人來說，相比於珍貴的火箭燃料，時間可以說是極其廉價——為了儘可能節省燃料，在路上花上個一年半載根本不是事兒。
儘管路程不等於直線距離，但去往更遙遠的火星，依然需要我們有更強大的火箭。
那就是——長徵五號。
胖五就位｜我們的太空
江湖人稱「胖五」的長徵五號火箭，經歷過真正的至暗時刻。
2016年11月3日，長徵五號遙一火箭雖然二級出了些狀況，但還算順利完成任務，將實踐十七號衛星送入地球靜止軌道。
2017年7月2日，長徵五號遙二火箭發射失敗，帶著實踐十八號衛星一同葬身太平洋，也直接導致原計劃2017年11月發射的嫦娥五號月球採樣返回任務延期。
之後，就是在黑暗中漫長的摸索，尋找故障原因，不斷測試和驗證。
908個日日夜夜，這黑暗如此漫長。
直到2019年12月27日，長徵五號遙三運載火箭成功將實踐二十號衛星送入預定軌道。歷經坎坷，王者歸來。
長徵五號遙三發射升空。這份沉甸甸的成功背後，是無數航天工作者們兩年多的嘔心瀝血，是無數中華兒女的堅韌
2020年1月19日，長徵五號遙四火箭的氫氧發動機完成了總裝出廠前的最後一項驗證：100秒校準試車——標誌著這臺發動機性能達到預定要求，即將轉入火箭總裝階段。
長徵五號遙四，就是負責發射天問一號的火箭。
在7月17日，「長徵五號」遙四運載火箭已經被垂直轉運至海南省文昌航天發射中心的發射區。此刻，「胖五」已經帶著「天問一號」，前往紅色的火星。
7月17日，胖五轉運現場，為天問一號做準備｜央視新聞
測控和數傳：4億公裡外的訊息傳遞
5噸重的天問一號探測器成功升空，但這才僅僅是個開頭。
火星最遠時距離地球4億公裡，是地月距離的1000倍。而距離越遠，不僅信號傳輸時間越長，更重要的是信號衰減也越劇烈。相比於月球，遙遠的火星顯然為地球與探測器之間的通訊帶來了更大的挑戰。
與火箭和探測器保持通訊，或者說「測控和數傳」，可以拆分為三個方面的問題：1）跟蹤（火箭、探測器的）位置和速度；2）向探測器發送指令；3）接收探測器傳回的探測數據。
而這三個方面都需要強大的地面站，或者說數目更多、分布更廣、口徑更大的地面天線，這不是一朝一夕可以完成的。
事實上，中國從嫦娥任務開始就已經在一步一個腳印地組建深空測控和地面接收網了。
2013年，佳木斯66米和喀什35米天線深空站正式建成並投入使用；2017年底，阿根廷35米天線深空站建成並正式投入使用。
至此，中國已經初步組建了自己的深空測控網。
全球主要深空測控設施分布。截止目前，我國深空測控網由中國中國西北部喀什地區35米深空站、中國東北部佳木斯地區66米深空站和位於南美洲阿根廷的35米深空站組成 | 參考文獻 [3]
在此基礎上，為了火星和接下來更遠的深空探測任務，中國還在繼續強化測控網的建設，向著更大、更多、更廣的目標邁進。
2019年10月底，西安衛星測控中心位於喀什的3臺35米天線完成吊裝。
另一邊，在探測數據的接收方面，2020年4月25日，中國科學院國家天文臺在天津武清的70米天線（GRAS-4）吊裝成功，預計到2020年10月投入使用，可以在天問一號抵達火星之後加入數據接收工作。
任探測器飛得再遠，都能「抓得住」，「收得到」，這是我們邁向星辰大海的前提和保障。
著陸火星：挑戰「探測器墳場」
即使順利飛到火星附近，地面站也沒和探測器失聯，對於一個著陸任務來說，其實才只成功了一半。
這一點也沒有誇張。從1960年人類第一次嘗試發射火星探測器至今，一共有15次火星著陸任務成功進入了火星大氣層，但只有8次任務成功著陸並順利開展探測工作——近一半的失敗率讓這顆紅色星球至今還保有「探測器墳場」的稱號。
截止2020火星發射窗口之前的火星著陸版圖，括號裡的是抵達年份。數據來源：MOLA，製圖：haibaraemily
著陸火星比著陸月球要危險得多，這很大程度上要怪火星有大氣層。儘管火星大氣層很稀薄，表面大氣壓只有地球的6%，但也足以形成一個「屏障」，讓毫無防備的探測器「未達火星先燒壞」了。
總之，相比於簡單直接的月球著陸任務，火星著陸任務多了很多複雜的步驟。例如著陸組件得先被塞進一個隔熱盾裡保護起來，降落傘要能打得開撐得住，減速到一定程度隔熱盾還要打得開拋得掉…… 而這些都得靠探測器自主判斷和完成。
更複雜，也往往意味著更多不確定性。任何一個操作環節出現問題，都可能會讓探測器無法成功著陸。這對於第一次嘗試著陸火星的中國來說，顯然有太多太多巨大的挑戰。
探索火星，我們已經啟程，這註定是一條充滿挑戰的荊棘之路，但也是中國想要邁向行星，去往更遠的星球所必須拿下的起點。
天問一號，儘管去問吧，等你的消息！
參考文獻
[1] NASA | Mars in a Minute: How Do You Get to Mars?https://www.jpl.nasa.gov/edu/learn/video/mars-in-a-minute-how-do-you-get-to-mars/
[2] 耿言，周繼時，李莎，等. 我國首次火星探測任務[J]. 深空探測學報，2018，5（5）：399-405.
[3] 吳偉仁, 李海濤, 李贊, 等. 中國深空測控網現狀與展望. 中國科學: 信息科學, 2020, 50: 87–108, doi: 10.1360/ SSI-2019-0242
[4] 我們的太空-祝賀「嫦娥三號」出道六周年
https://weibo.com/6528178851/IkJPXvHAM
作者：Haibaraemily
編輯：Steed、Judy
本文來自果殼，未經授權不得轉載.
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為什麼天問一號去火星要帶個「自拍攝影師」？
從圖中可以看到天問一號的整體結構，它包括帶著巨大太陽能帆板和通信天線的環繞器，以及被包裹起來的著陸器和巡視器組合體。如果以圖中的五星紅旗作為參考，它的尺寸（39*26 cm）與一張A3紙大小接近，對比來看整個組合體的大小可想而知。這種角度的自拍顯然不是「自拍杆+廣角相機」組合能夠完成的，天問一號需要帶一個「獨家攝影師」。 -
我國火星探測「十大問」，帶你詳細了解「天問一號」
我國長徵五號將帶著「天問一號」火星探測器，開展我國首次探火之旅。1、為何取名天問？《天問》是中國戰國時期詩人屈原創作的一首長詩。我們所熟知的，今年有阿聯「希望」號火星探測器，同時美國「毅力號」也將加入這一場星際旅行的盛宴，而我國的「天問一號」，也將於7月發射。2020年，是火星探測的窗口期。火星探測不是說任何時候都可以的，因為地球，火星，太陽轉動的關係，每隔26個月才有一次機會。假如你失去了這個機會，對不起，兩年零兩個月一號再來。 -
「天問一號」發射成功，帶你看看我們的火星機器人是如何工作的？
2020年7月23日12時41分我國首次火星探測任務「天問一號」探測器在海南文昌航天發射場點火升空「天問一號」將一次完成「環繞、著陸、巡視2020年7月23日，中國首次火星探測任務「天問一號」成功發射。 -
「天問一號」如何到達火星
我國即將發射「天問一號」火星探測器，「天問一號」是我國太陽系行星探測的開端。我們就來聊一聊「天問一號」如何到達火星。根據消息「天問一號」會在7月20日至7月25日從海南文昌發射基地發射。「天問一號」將搭乘長徵五號運載火箭進入太空。 -
「天問一號」如何到達火星
我國即將發射「天問一號」火星探測器，「天問一號」是我國太陽系行星探測的開端。我們就來聊一聊「天問一號」如何到達火星。根據消息「天問一號」會在7月20日至7月25日從海南文昌發射基地發射。「天問一號」將由長徵五號發射，由於長徵五號的運載能力非常的大，可以直接將天問一號送入地球和火星的霍曼轉移軌道而不經過變軌。這樣可以節省不少探測器的燃料。 -
「天問一號」:向著火星,出發!
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。 -
我國「天問一號」火星探測器，在去火星的「徵程」中並不「寂寞」
7月23日12時41分，中國文昌航天發射場，長徵五號遙四運載火箭成功發射首次火星探測任務天問一號探測器，火箭飛行約2167秒後，成功將探測器送入預定軌道，開啟火星探測之旅，邁出了我國行星探測第一步。「天問一號」的航行時間為7個多月，飛行距離約4億公裡。這個距離約是地月距離的1萬餘倍，就相當於約830萬個全馬賽程，地球周長的10000倍。 -
火星探測器如何抵達火星？「天問一號」告訴你答案，看完你就知道
而且火星不僅處於太陽系內的宜居帶，而且距離地球也比較近。火星的自轉速度也與地球幾乎相等。，並將其命名為「天問一號」。「天問一號」火星探測器是由環繞器和著陸巡視器組成的，而著陸巡視器又分為進入艙和火星車，那麼，「天問一號」火星探測器究竟怎樣才能抵達火星呢？在「天問一號」火星探測器發射約6小時後，它將穿越地球磁層頂，進入行星際空間，開始了漫長的火星之旅，這段路程將行駛7個月之久。 -
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