2020年中國首次火星探測任務，一次性挑戰最高難度

2020-10-10 自然與歷史博物館

火星是太陽系內4顆行星，從太陽中心開始，依次是水星金星、地球，火星，火星還是與地球最接近的行星。人們很早就對火星進行觀測，火星在西方稱作Mars，是戰神的化身，我國古書上將火星稱為"熒惑星"，由於火星呈紅色，螢光像火，所以稱之為火星。


在波蘭天文學大神哥白尼提出顛覆性的日心學說不久，天文學家發現火星繞日軌道與預測的結果總是對不上，很多對日心說持懷疑態度的科學家更加覺得其荒繆。不過另一位來自德國的大神克卜勒很快就對日心學說進行了補充，提出行星運動的三大定律，指出行星運動軌道應當是橢圓。不久又一位來自英國的物理學大神牛頓通過數學計算證明，並成功證明萬有引力的存在，人們徹底找到規律，從此基本上精確預測大多數行星軌道。



天文學家發現火星的橢圓軌道橢圓偏心率達到0.0934，地球軌道偏心率只有0.0167，簡單說就是火星的軌道非常扁，而地球的軌道相比火星軌道更接近圓形。因為軌道差異，火星和地球之間的距離跨度在0.546億公裡-4.01億公裡之間，就算是兩者接近時距離變化範圍也達到0.55億公裡-1.02億公裡。而地球與火星相遇時，地球與火星在各自橢圓軌道的不同位置，兩者的相對速度也時快時慢。


火星公轉周期約為687天，接近2個地球的回歸年，所以地球不是每年都與火星相遇，要平均間隔約26個月，火星才會再一次接近地球。從地球去火星，一般選擇是兩者距離最近的時候，由於發射的衛星飛到火星需要時間，還需計算提前量，提前發射，剛好趕上火星，選擇一種霍曼軌道的路線，進入火星運行軌道，這就是航天工程上所說的"發射窗口"。


2014年美國航天局的"馬文"號和印度的"火星飛船"先後到達火星，2016年歐航局與俄宇航合作ExoMars任務無人探測器抵達火星，2018年美國航天局的"洞察"號探測器成功著陸火星。


火星直徑6794km，約為地球的53%，質量為6.4219*10²³千克，約為地球的11%。自轉軸傾角、自轉周期均與地球相近，探測器在火星上拍回很多照片，人們發現火星呈現紅色是因為表面密布的氧化鐵，與預期一樣，探測器在火星上沒有發現液態水。雖然火星上也有高山平原和峽谷，但表面基本上是沙漠，而大氣以稀薄的二氧化碳為主，只有地球的1%，火星氣候非常寒冷。表面溫度平均僅為-63℃，夏天陽光直射區域溫度則可以上升到20℃，赤道附近的極端最高溫度則有機會達到30℃左右。因為火星有大氣，所以也時常有沙塵暴。火星自轉周期約為24.6小時，與地球十分接近；自轉軸與公轉軌道面傾角約65°，存在四季變化。


2016年1月，中國首次火星探測任務立項，為實現後發優勢，彎道超車，中國準備一次任務，實現火星環繞、著陸和巡視。火星探測任務名稱和圖形標誌通過向全球徵集，中國首次火星探測任務命名"天問一號"。



最近火星地球相遇時間點在2020年10月14日前後，已知的發射計劃包括美國航天局的"火星2020"火星車(Mars 2020 rover)，歐空局的"羅薩琳·富蘭克林"號火星車(Rosalind Franklin rover)、阿聯的"希望"號軌道探測器(Mars Hope orbiter)。

中國首次火星探測任務計劃於2020年7月發射，預計2021年1月進入火星軌道。


前往火星的路途充滿險惡，人類先後向火星發射了40個探測器，火星探測發射成功率大約為40%，大部分失敗告終，因此火星又被稱為"探測器的墳場"，發射全程需要長達半年的時間、約5億公裡的路途，這麼遠的距離還帶來至少10分鐘的信號延時。當然最危險的著陸前恐怖7分鐘，在關鍵的7分鐘內，一系列降落程序控制降落傘和反推火箭，讓火星探測器從進入火星大氣的時速約為20000千米每小時，在受控狀態下降速度降為零，安全著陸。火星大氣雖然稀薄，不到地球的百分之一，高速運動探測器表面也會產生一千多度的高溫，需要隔熱罩的保護。在火星16千米的高空，超音速降落傘打開，但是稀薄的大氣層無法使降落傘減速到安全的速度，還需要反推火箭和氣囊等繼續減速和緩衝，即使探測器成功降落，火星崎嶇複雜的地形和大大小小的堅硬巖石，也是探測器的一個巨大挑戰。祝願中國的火星探測任務一次成功。


洞察號探測器發回的火星圖片


附錄，目前仍在火星正常工作的探測器：

美國2001發射的火星奧德賽號(Mars Odyssey)

歐洲2003發射的火星快車(Mars Express)

美國2005發射的火星勘測軌道飛行器(Mars Reconnaissance Orbiter)

美國2011年發射的好奇號(Curiosity)

印度2013年發射的"火星任務"1號(Mangalyaan)

美國2014年發射的火星大氣與揮發物演化任務(MAVEN)

歐洲&俄羅斯2016年發射的火星微量氣體軌道探測器(ExoMars Trace Gas Orbiter)

美國2018年發射的洞察號探測器(InSight)


更多精彩，請關注歷史與自然博物館

相關焦點

  • 關鍵技術多攻關難度大，中國首次火星探測任務還要邁過幾道關
    來源：讀特新華社北京7月27日消息，我國首次火星探測任務要一次性實現「環繞、著陸、巡視探測」三大任務，這在世界航天史上前所未有，難度和挑戰也非比尋常。目前，「天問一號」已經在距離地球數百萬公裡之遙的奔火軌道上，極速前進，探測器各項功能及運行情況良好。探火之路，旅途漫漫，在奔向火星的路途上，「天問一號」究竟會面臨哪些難點和風險呢？
  • 「天問一號」肩負首次火星探測任務，是挑戰歐美未完成的火星任務
    屈原在2000多年前寫了一首詩《天問》，詩的前半部分充滿了中國古人對日月星辰、陰陽變化等自然現象的好奇和探索精神。直到2020年7月的一天，屈原的天問終於穿越歷史銘刻在火箭上了。我們中國人終於有能力去探索那顆神秘的螢惑，這是每個中國人都會感到振奮的事情。
  • 探火之路不簡單——中國首次火星探測任務還要邁過幾道關？
    新華社北京7月27日電 題：探火之路不簡單——我國首次火星探測任務還要邁過幾道關？新華社記者胡喆我國首次火星探測任務要一次性實現「環繞、著陸、巡視探測」三大任務，這在世界航天史上前所未有，難度和挑戰也非比尋常。目前，「天問一號」已經在距離地球數百萬公裡之遙的奔火軌道上，極速前進，探測器各項功能及運行情況良好。
  • 中國火星探測任務最新披露,這個神秘試驗場首次亮相!
    11月14日，中國國家航天局邀請部分外國駐華使館及國際組織人員，赴河北懷來觀摩中國首次火星探測任務著陸器懸停避障試驗，並參觀相關試驗設施
  • 中國首次火星探測任務發射成功
    7月23日12時41分，我國在中國文昌航天發射場，用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。
  • 中國首次火星探測的四大看點
    按照計劃，中國將在本次火星探測任務中完成「環繞、著陸、巡視」三大任務。這麼重大的航天任務中，包含哪些重大技術看點，後續又有哪些不能錯過的關鍵節點呢？探測這個紅色星球的意義在哪裡，中國為什麼要探火呢？看點一：如何一次性完成「繞、落、巡」當天發射圓滿成功，長徵五號遙四運載火箭成功將探測器送入地火轉移軌道，但這只是「天問一號」一次性完成「繞、落、巡」系列任務的第一步。
  • 中國首次火星探測的四大看點
    本報記者 劉 揚 樊 巍 本報特約記者 柳玉鵬編者按：7月23日12時41分，我國在文昌航天發射場用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，邁出我國行星探測第一步。按照計劃，中國將在本次火星探測任務中完成「環繞、著陸、巡視」三大任務。
  • 火星見！中國首次火星探測任務發射成功
    7月23日12時41分，我國在中國文昌航天發射場，用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。
  • 全球迎來「探火季」 中國首次火星探測任務看點幾何
    新華社海南文昌7月22日電 題：全球迎來「探火季」 中國首次火星探測任務看點幾何新華社「新華視點」記者胡喆、王琳琳近期，火星發射進入「窗口期」，全球迎來「探火季」。繼20日阿聯「希望號」探測器順利升空後，我國首次火星探測任務「天問一號」也將於7月下旬到8月上旬擇機實施，開啟屬於中國人自己的行星探測時代。中國為何要探測火星？
  • 探火之路不簡單——我國首次火星探測任務還要邁過幾道關？
    新華社北京7月27日電題：探火之路不簡單——我國首次火星探測任務還要邁過幾道關？新華社記者胡喆我國首次火星探測任務要一次性實現「環繞、著陸、巡視探測」三大任務，這在世界航天史上前所未有，難度和挑戰也非比尋常。目前，「天問一號」已經在距離地球數百萬公裡之遙的奔火軌道上，極速前進，探測器各項功能及運行情況良好。
  • 中國火星計劃來了!2020年左右發射第一顆火星探測衛星
    不久前，在首個「中國航天日」新聞發布會上，國家航天局局長許達哲透露，火星探測任務已經批准立項。據人民日報8月12日報導，我國預計在「十三五」規劃的末年，即2020年左右發射一顆火星探測衛星。中國的火星計劃終於來了！
  • 天問一號發射升空 中國首次火星探測任務目標宏大
    北京時間7月23日12時41分，中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，由長徵五號遙四運載火箭發射升空，邁出中國行星探測第一步，此次發射任務也成為中國航天走向深空的重要裡程碑。在這一時間點實施火星探測，探測器飛行的路線最短，最省燃料，而2020年7月到8月的窗口期正是發射火星探測器的有利時機。一旦錯過2020年的窗口期，人類下次火星探測的好時機就只能等到2022年。
  • 全球迎來「探火季」中國首次火星探測任務看點幾何
    近期，火星發射進入「窗口期」，全球迎來「探火季」。繼20日阿聯「希望號」探測器順利升空後，我國首次火星探測任務「天問一號」也將於7月下旬到8月上旬擇機實施，開啟屬於中國人自己的行星探測時代。中國為何要探測火星？難點在哪裡？將執行哪些任務？「新華視點」記者採訪了業內有關專家。
  • 6問我國首次火星探測任務 「天問一號」火星著陸點在哪裡?
    6問我國首次火星探測任務 「天問一號」火星著陸點在哪裡？ 7月23日，我國首次火星探測任務「天問一號」探測器成功發射。　　當天中午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。　　這次逐夢，承載著中國航天人的勇氣和決心。歷史上，人類總計開展過40餘次火星探測任務，成功24次，且多以火星高空環繞、飛越探測居多。
  • 出發吧，向著火星！——中國首次火星探測任務正式啟航
    新華社海南文昌7月23日電 題：出發吧，向著火星！——我國首次火星探測任務正式啟航新華社記者胡喆、王琳琳、周旋「日月安屬？列星安陳？」7月23日，我國首次火星探測任務「天問一號」探測器成功在中國文昌航天發射場升空，正式開啟了中國人自主探測火星之旅。南海之濱，椰風習習，濤聲陣陣，高溫天氣如同中國人探索太空的心情一般火熱。
  • 義大利天體物理學家：火星探測任務體現了中國的技術能力和非凡勇氣
    義大利國家天體物理研究所主任卡拉維奧國際在線報導（記者 宋承傑）：23日中午，長徵五號遙四運載火箭成功發射首次火星探測任務「天問一號義大利國家天體物理研究所主任卡拉維奧在接受總臺記者採訪時表示，中國的首次火星探測任務選擇了最具難度和挑戰的方式，既反映了中國在航天領域的技術能力，更體現了令人欽佩的勇氣和探索精神。隨著「天問一號」探測器成功進入預定軌道，中國的首次火星探索之旅順利開啟。
  • 義大利天體物理學家:火星探測任務體現了中國的技術能力和非凡勇氣
    義大利國家天體物理研究所主任卡拉維奧國際在線報導（記者 宋承傑）：23日中午，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，邁出了我國行星探測第一步。義大利國家天體物理研究所主任卡拉維奧在接受總臺記者採訪時表示，中國的首次火星探測任務選擇了最具難度和挑戰的方式，既反映了中國在航天領域的技術能力，更體現了令人欽佩的勇氣和探索精神。隨著「天問一號」探測器成功進入預定軌道，中國的首次火星探索之旅順利開啟。
  • 中國首次火星探測任務名稱是什麼
    4月24日，在2020年「中國航天日」線上啟動儀式上，中國首次火星探測任務名稱和圖形標識正式發布。　　中國首次火星探測任務名稱為：「天問一號」(Tianwen-1)　　中國首次火星探測任務標識為：　　行星探測任務命名——「天問(Tianwen)系列」　　「天問」出自《楚辭》，來源於中國偉大詩人屈原的長詩，作品對天地、自然和人世等一切事物現象進行想像與發問，從宇宙之本源，到陰陽之俱化;從天地之構造，到星辰之往亙。
  • 首次火星探測對中國航天意味著什麼？
    ◆2020年7月23日12時41分，長徵五號遙四運載火箭託舉著我國首次火星探測任務「天問一號」探測器，在中國文昌航天發射場點火升空。目標：火星！》，中國經濟網，2020年7月17日2.《近期「扎堆」火星探測為哪般？》，中國新聞社，2020年7月19日3.《一次性實現「繞落巡」三步走！中國首次火星探測為啥這麼牛？》
  • 中國首次火星探測任務探測器重量刷新紀錄 更多深空探測任務蓄勢待發
    7月23日12時41分，海南島東北海岸中國文昌航天發射場，中國用長徵五號遙四運載火箭將首次火星探測任務「天問一號」探測器發射升空，飛行2167秒後，成功將探測器送入預定軌道。開啟火星探測之旅，邁出了中國自主開展行星探測的第一步。相關負責人透露，未來中國在深空探測領域還有小行星探測、木星系及行星穿越等一系列任務規劃。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23日下午介紹，天問一號探測器將飛行大約6.5個月抵達火星，實施捕獲制動，進入環火軌道；再經過約2.5個月環繞飛行後，預計在2021年5月擇機實施降軌機動。