中國探火出發！長五火箭成功發射天問一號火星探測器

7月23日12時41分，長徵五號運載火箭在中國文昌航天發射場點火起飛，中國邁出行星探測的第一步。奔向火星，這是長徵五號運載火箭首次執行應用性發射，成功將天問一號火星探測器送入預定軌道。

長徵五號運載火箭點火升空（王磊 攝）　　

▲ 長徵五號運載火箭一飛沖天（趙聰 攝）

天問一號火星探測器由著陸巡視器和環繞器組成，著陸巡視器包括進入艙和火星車。

在地火轉移軌道飛行約7個月後，天問一號探測器將到達火星附近，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。

人類探測火星起步於20世紀60年代，2020年之前共實施了44次火星探測任務，只有8次成功著陸，比率僅為18%。

本次任務成功後，我國將成為世界上第一個首次通過一次任務實現火星環繞和著陸巡視探測的國家，也將成為世界上第二個實現火星車安全著陸和巡視探測的國家。

「天問一號任務是我國建設航天強國進程中的重大標誌性工程，是中國航天走向更遠深空的裡程碑工程。」中國首次火星探測任務工程副總指揮、中國航天科技集團有限公司黨組書記、董事長吳燕生說。

▲ 天問一號火星探測器試驗隊部分隊員合影（李明 攝）

長徵五號運載火箭的地球同步轉移軌道運載能力達14噸級，代表了我國運載火箭科技創新的先進水平，為探月工程、深空探測、載人航天等重大專項的順利實施奠定了堅實基礎。

▲ 長徵五號運載火箭整裝待發（史嘯 攝）

火星是離太陽第四近的行星，與地球鄰近且環境最為相似，是人類走出地月系統開展深空探測的首選目標。國際火星探測已取得了豐富成果，發現了曾經有水、甚至現在還存在水的若干證據，極大激發了人們在火星尋找生命的熱情，也成為當前國際深空探測的熱點。

執行天問一號任務的長徵五號運載火箭、火星探測器均由航天科技集團研製。

本次任務是長徵系列運載火箭第340次發射。

火星定製！長五預裝42條軌道，飛出中國火箭最快速度

7月23日，長徵五號遙四運載火箭與地球完成最後的告別，在一片紅色的火光和白色的水氣中拔地而起，邁出了中國人探索地外行星的第一步。航天科技集團一院研製的長徵五號運載火箭起飛推力1000噸，作為我國目前推力最大的火箭，既能將大型衛星送上3.6萬公裡的地球同步軌道，能送嫦娥五號探測器前往38萬公裡外的月球取回月壤，還能送太空飛行器飛向更遙遠的火星。

中國文昌航天發射場

中國的火星探測器踏上徵途，它將在未來半年多的時間裡朝著火星奔去，讓中國航天的步伐邁向更遙遠的深空。

此次任務將通過一次發射，實現火星「繞著巡」任務，對火星開展全球性、綜合性的環繞探測，並在火星表面開展區域巡視探測，向世界帶來中國人在火星上收穫的科學成果。

10分鐘窄窗口，預裝42條發射軌道

在世界各國首次探測火星的太空飛行器中，「天問一號」火星探測器以5噸的體重位列第一，比「嫦娥四號」月球探測器重了一噸多，是目前我國發射的重量最重的深空探測太空飛行器。

「依靠長徵五號強大的運載能力，我國行星探測之旅將站上一個新的起點，通過一次發射實現對火星的『繞著巡』三項目標，是起點很高、含金量十足的第一次，將使我國深空探測的腳步從月球邁向行星，正式開啟行星探測時代。」一院黨委書記、長徵五號火箭第一總指揮李明華說。

火星探測器與長五火箭二級分離時，將進入近地點高度200公裡的地火轉移軌道，速度（11.5公裡/秒~11.7公裡/秒）略超過第二宇宙速度（11.2公裡/秒），逃脫地球引力束縛。而以往長五發射的載荷基本在地球軌道範圍內，分離時達到第一宇宙速度7.9公裡/秒即可。

「此次發射火星探測器，是長徵五號火箭第一次飛出第二宇宙速度，創下了我國運載火箭的最快速度。」長徵五號火箭總設計師李東介紹。

長徵五號運載火箭

雖然發射窗口選擇在火星與地球距離較近的時候，但它們的相對位置仍在時刻變化。從發射場到地火轉移軌道的近地點，這兩點之間的軌道也是一直變化的，這就不同於以往深空探測中只有固定的一條軌道。

長徵五號運載火箭副總設計師婁路亮介紹，火星處於不斷運行移動的狀態中，如果把發射比作打靶，那麼這次「打靶」打的是移動目標，因此沒有一個固定位置讓你瞄準，要隨著目標的移動來瞄準。

為了精確入軌，火箭研製團隊給火星探測器「私人訂製」了精細化的「窄窗口、多軌道」設計，將火箭每天30分鐘的發射窗口細分成3個10分鐘的窗口，每個窗口預裝1條發射軌道，7月23日到8月5日，14天的窗口期內一共設計了42條發射軌道，將軌道偏差控制在非常小的範圍內。婁路亮表示，這在中國航天的發射歷史上是絕無僅有的，創造了單次發射軌道設計數量的新紀錄，並首次實現了發射軌道的自動切換。

火箭總體副主任設計師劉秉進一步解釋，火箭具備很強的自主能力，依據發射時間，對預裝好的軌道程序進行自動切換。「發射時間是幾點幾分，對應哪個窗口、該選擇哪條發射軌道，智能化的火箭都能自主完成，不需要人工操作。」

除此以外，長五火箭僅進行了整流罩操作口、透波口的例行更改。

劉秉表示，長五火箭採用的是通用化設計，在前期研製、驗證過程中，已經把後續任務可能遇到的情況考慮進去，基本不需要根據某一個任務去專門做出大的改變。

以整流罩為例，在研製初期和前期試驗中，就把所有可能需要的功能都考慮到了。有的載荷需要整流罩上有透波窗口，如果等載荷提出需求再去更改、做試驗，不僅影響進度，還會增加研製成本。這次的「乘客」火星探測器就需要有透波口，在火箭發射時與地面保持無線電信號傳輸。

火箭芯二級-整流罩

在這次任務之前，長五系列火箭已完成4次飛行試驗，對後續探火、探月要用到的關鍵技術進行了重點考核，目的就是在正式執行國家重大任務時，儘量少出現新的技術狀態，提高可靠性，降低執行重大航天工程任務的風險。

例如，這枚火箭箭體上有7~8個大的部段在之前經過了「瘦身」，「瘦身」後的部段在長五B遙一火箭首飛時已經驗證過。而在本次發射中，火箭末子級在第二次點火前要經過長時間的滑行，這種長時間滑行的技術在長五遙三火箭發射任務中也通過了驗證。

一年之內4次起飛，密集發射的長五

長徵五號遙四火箭發射任務是我國第一次執行地外行星軌道探測器的發射任務，也是長徵五號火箭第一次執行正式的工程應用發射任務，需要直接將火星探測器送入地火轉移軌道。

該型火箭已經先後完成了高軌大衛星、載人飛船試驗船以及深空探測器三類太空飛行器的發射，成為長徵火箭家族中唯一可以勝任三種任務類型的火箭。在一院院長王小軍看來，長徵五號火箭進入工程應用階段，將有力支撐國家重大航天工程的實施，對加快推進航天強國建設發揮重要作用。

此前，長徵五號遙三火箭和長徵五號B遙一火箭連續發射成功，標誌著長徵五號火箭關鍵技術瓶頸已經完全攻克，火箭各系統的正確性、協調性得到了充分驗證，火箭可靠性水平進一步提升。「此次執行應用性發射任務，意味著長徵五號火箭正式進入『服役』狀態。」長徵五號火箭總指揮王珏表示。

這一次發射，除了要求火箭發射成功，載荷也要成功完成使命才能算任務成功。如果說之前的發射是參加奧運會考核選拔的「預選賽」，那麼這次發射就是真正站在了奧運賽場上，以最成熟的技術和最強大的實力迎接考驗。

長徵五號火箭出箱

但考驗仍不止於此。

這一次，長徵五號遙四運載火箭發射我國首個火星探測器，並通過一次任務實現對火星的環繞、著陸和巡視探測。探測器發射後，大約需要七、八個月的時間才能飛抵火星。

而預計今年年底前，長徵五號遙五火箭還將擇機發射「嫦娥五號」月球探測器，將重達8噸多的「嫦娥五號」直接送入地月轉移軌道，「嫦娥五號」落月後將實現首次月面無人採樣返回。在更遠的深空探測和更重的探測器發射任務上，長徵五號火箭是不二之選。

算上2019年12月底長五遙三發射和今年5月初的長五B首飛，近一年的時間內長五系列火箭要完成4次發射任務。

此外，預計明年長徵五號B遙二火箭還將發射我國載人空間站的核心艙。作為我國空間站核心艙和實驗艙的「專屬列車」，長徵五號B運載火箭系出「長五」名門，是我國首個採用一級半構型的新一代大型液體運載火箭，專門為載人航天工程空間站建設而研製，將在未來兩到三年時間內，完成我國空間站艙段的發射。

婁路亮直言：「雖然長五是個新型號，但一下就進入了高密度的發射狀態」。對於長徵五號這樣規模龐大、系統複雜的大型火箭而言是極具挑戰的，在產品研製、總裝測試、技術管理和發射保障等方面都有很高的要求。接下來的任務，對團隊來說時間尤為緊張。

為了應對長五火箭的高密度發射任務，火箭研製團隊採取雙線作戰方式，一半人馬在發射場執行發射任務，另一半人馬在後方為下一發任務做好準備，提高了工作效率，保證任務進度。

這次火星探測器發射成功後，發射場的火箭團隊就要回到後方準備長五B遙二火箭的出廠，而後方的團隊則進入文昌發射場，準備執行下一發的「嫦娥五號」發射任務。

長徵五號火箭試驗隊員

未來，長徵五號火箭還將在發射高軌道大衛星方面迎來更大「舞臺」，與長徵三號甲系列火箭共同構成發射高軌道衛星的能力階梯。李東表示，我國未來高軌衛星重量可以達到8噸左右，只能通過長徵五號火箭實施發射。同時，在搭配合適的上面級後，長徵五號火箭也可以用一箭雙星的形式，同時發射兩顆5.5噸重的高軌衛星。

步履不停，書寫中國高度

長徵五號運載火箭取得的高光時刻，是一群不畏艱險、含淚奔跑、敢於勝利的人撐起來的。

這支團隊，歷經十年艱辛，從立項到研製，讓中國一步邁進大火箭國家俱樂部；這支團隊，陷入過至暗時刻，在908天中含淚奔跑，讓中國最強火箭浴火重生；還是這支團隊，和時間比速度，搭建中國人追求月球、火星和空間站的夢想天梯，不斷刷新中國人能夠抵達的「高度」。

2020年年初，一場新冠疫情席捲了全國。當時，中國航天兩次火箭發射失利，質量形勢陡然嚴峻起來……

全力防控疫情、保障任務的同時，航天人還面臨著前所未有的質疑，和「不能再失敗」的巨大壓力。誰來打贏這「觸底反彈」的第一槍？關鍵時刻，長五團隊挺身而出。

長徵五號B運載火箭首戰告捷。這一戰，是我國載人空間站工程的「首戰」，更是中國航天扭轉被動局面的「首戰」和「最關鍵的一戰」。有史以來任務周期最長、面臨困難最多、承受壓力最大的一次發射任務取得圓滿成功，長五團隊用實力回擊了一切對於中國航天的質疑，一掃陰霾。

當長五B任務團隊在前方酣戰的同時，長五研製團隊的另一半人馬正在後方克服疫情帶來的種種不便，全力以赴為長徵五號遙四火箭的按時出廠緊張忙碌。

5月5日，長五B火箭首飛成功，有史以來任務周期最長、面臨困難最多、承受壓力最大的一次發射任務取得圓滿成功，長五團隊用實力回擊了一切對於中國航天的質疑，一掃陰霾。

「失敗了，我們沒時間悲傷，成功了，也只能高興兩個小時。」這是很多航天人掛在嘴邊的話。長五B首飛發射成功後，來不及慶祝，研製團隊立即投入到長徵五號遙四任務中——因為火星探測的發射窗口是固定的，後線不能推。

5月的海南，平均氣溫高達32℃，溼度在80%以上，正值「桑拿天」。就算什麼事都不做，待在戶外也會大汗淋漓。地面設備恢復作業在沒有任何遮擋的戶外進行，烈日的炙烤下，火箭試驗隊員們衣服早已被汗水溼透，沒有人顧得上酷暑，都在爭分奪秒，和時間賽跑。

他們當中，有中暑後經過短暫休息和治療，又返回工作崗位接著幹的；有嚴重脫水，靠喝補鹽液堅持的；有突發腎結石，忍著鑽心疼痛完成工作才到醫院就診的；有時常加班到半夜，第二天一早醒來又接著幹的……

大部分人自長五B火箭首飛任務開始，就在發射場工作，已經連續奮戰了100多天，有試驗隊員春節之後就沒離開過中國文昌航天發射場，一直堅持到7月底。他們全力以赴，克服各種困難，提前完成了地面設備恢復任務，為探火任務創造了更加有利的發射條件。

7月23日，長五遙四火箭託舉火星探測器，邁上了探火之路，刷新中國深空探測紀錄，飛出全新的「中國高度」。

2020年送個探測器去火星難不難？答案是：難，而且很難！

2020年7月23日，文昌衛星發射中心，長徵五號運載火箭搭載「天問一號」探測器，點火升空，發往火星。早在上個世紀，美國就已經把人送上了月球，現在已經2020年了，只是送一個探測器去火星，很難嗎？答案是：難，而且很難！

圖片：江程傑

為什麼？給大家看兩組數字。

第一組：50%。

這是人類開始火星探測至今的60年裡，火星探測大致的成功率。是不是覺得還可以，至少有一半成功了？

那麼，看下對比：人類金星探測的成功率約77%，月球探測的成功率約76%，土星的泰坦衛星探測的成功率是100%，相比之下，探測火星確實很難，火星也被稱為「探測器墳場」。

第二組：5500萬公裡——4億公裡。

這是地球和火星之間的距離。最遠的時候，火星離地球的距離超過了4億公裡。我們每晚抬頭都能看到的月亮，月球距離地球有多遠呢？答案是36.3萬——40.5萬千米，地火距離是地月距離的幾百倍。

即使我們巧妙地選擇了發射窗口，能夠最省時到達火星，天問一號也將孤身一人在太空中飛行近6個月。而且這已經是我們能達到的最快速度，如果換乘900km/h的客機，飛同樣的路線起碼需要四五十年。

天問一號不僅要孤身一人走過這段很長的路，還準備挑戰「一次三連」——一口氣搞定環繞、著陸、巡視，為我們帶來更多對火星的認識。

那麼，要完成難度這麼高的任務，航天人和科學家一定是全程密切關注、坐在電腦旁，對天問一號下達各種指令，進行精密操作吧？

然而，受制於通訊，天問一號在深空的大多情況下是無法被遠程協助的。

我們還是沒辦法實時操控奔赴火星的天問一號，主要還是因為地球到火星實在太遠了，信號傳輸需要時間。

當地球與火星處於最大距離時，通信信號光速傳輸單程就需要22分鐘！22分鐘的延時是什麼概念？想像一下這個場景——你開啟了一把緊張刺激的實時競技遊戲，開局，你發出了「請求集合」的信息，你的隊友們在22分鐘後，收到了這條莫名其妙的信息並看了看他眼中呆若木雞的你，看了看慘敗的戰績，點擊了「收到」併集體將你舉報。

也就是說，天問一號大多時候必須獨立作業。

可以這麼理解，她初次上場，剛出地球這個新手村，便被告知「你已經是一個成熟的探測器了，要儘量獨立解決前所未有的難題，我們已經把秘籍都傳授給你，帶著全村的希望，出發吧！」

那麼，這個「被迫成熟」的探測器是如何決勝千萬裡之外，進星趕考，獨當一面的呢？我們要結合著她的三個目標一起說：

目標一：火星環繞

顧名思義，就是一圈一圈環繞著火星並在過程中展開各項探測。

火星探測器飛行效果圖（圖片來源：國家航天局）

想要進行環繞，就要先從地球到達目的地——火星軌道。這個難度相當於——從巴黎打一個高爾夫球，正好落到東京的某個球洞裡。靠奇蹟嗎？不，靠科技——從地球飛抵這個軌道，探測器需要6至11個月的時間。

期間會受到太陽系內多個天體的引力擾動，還會受到太陽風、空間輻射的幹擾，探測器會通過內置的陀螺儀、天文導航、都卜勒導航等多個儀器來對自身的姿態與位置進行確認，同時與地面超算平臺得到的軌道進行比對，進行調整。

而且，火星質量僅有地球的10.7%，與地球相比非常輕，引力影響範圍很小，所以，本來高速飛行的天問一號到了火星附近時，還必須及時剎車，準確滑入環繞火星軌道。這些動作不僅要一氣呵成，還不能出一點差錯，否則便是「星際迷航」，且沒有「回頭路」可言。

目標二：火星著陸

經過2—3個月的環繞，有了環繞時的測繪積累，天問一號對著陸區將會有更多了解，按照計劃，天問一號的軌道探測器和火星車、著陸平臺會進行分離，軌道探測器留在火星軌道繼續空中探測，火星車和著陸平臺將執行驚心動魄的第二個目標——在「探測器墳場」下降並著陸。

這可謂跨過鬼門關。在這無法人工幹預的短短八分鐘之內，探測器需要先把速度從每秒4.8千米降為0。火星著陸器需要隔熱罩，需要配備減速降落傘進一步減速，同時，還需要反衝發動機聯合工作。這個降落過程有超過1000個動作，全部靠探測器自主完成。

接下來，當距離地面100米時，它還要懸停。此刻，探測器相對地面的速度已經是0了，需要看一下地面有沒有坑、有沒有大的石頭，對這些障礙物進行規避，找到一個相對安全的位置，保證順利落地。

目標二的時間很短，大概有7到8分鐘，但卻是整個任務的關鍵和難度巔峰，人類一共有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，近一半的考生在這一關卡「名落孫山」。

目標三：火星巡視

火星車與著陸平臺平穩降落後，將在火星上走走看看，開展科學探測。

中國火星車概念圖（圖片來源：國家航天局）

「天問一號」有五大科學目標，主要涉及空間環境、表層環境、地下淺表層結構等研究，火星車上攜帶的6種載荷將對相關科學問題開展探測，比如大氣環境測試儀，可以獲取火星溫度、風力等信息。

這些問題聽起來很枯燥，但其實我們關心的那些問題——比如，火星上有生命嗎？人類有可能移居火星嗎？，都需要通過研究這些科學問題，才能回答。可以說，天問一號在火星走出的每一小步，都是中國深空探測的一大步。

如果要說探測火星的意義，我想引用中科院院士萬衛星說過的話。

他說：「古往今來，人們世代思考 3 個最深邃的問題：我們從哪裡來？我們向何處去？我們在宇宙中是否孤獨？無論答案曾有過多少種，可以肯定的是，人們在地球上只能窮盡證據，卻無法找到判據，因為「不識廬山真面目，只緣身在此山中」。走出地球再回望，置身局外才能獲得更有意義的全新視角。因此，深空探測承載的不僅僅是人類對宇宙和自身的好奇，還有尋求判據的希望。」

今天，天問一號踏了上漫漫徵途，就在兩個月前（5月20日），萬衛星院士病逝，沒能看到這一幕，但是天問一號仍然承載了他的殷切希望、承載了無數科研人員的汗水和淚水、承載著中華民族數千年的問天夢想、承載著我們最初的、無窮的想像和勇氣，上路！出發！