這些問題可能會葬送中國首次登陸火星計劃,必須要多加注意

在地球與火星之間住著一個令人恐懼的妖怪，它通體綠色，身上散布著黑色斑點，臉是粉紅色的，上面有一張血盆大口，這個妖怪被美國工程師稱為「銀河系食屍鬼」。

從1960年開始，他們就發現了這個「妖怪」，因為他們發射的前往火星的探測器總是莫名其妙地就失蹤了。其實，所謂「銀河系食屍鬼」只是一種戲謔的說法，為了平衡工程師們任務失敗後內心的失落。儘管如此，「銀河系食屍鬼」的提出也說明了開展火星探測是十分困難的。

畢竟太陽系並非兩室一廳，出個門就能到火星。地球到火星的距離最長超過4億公裡，哪怕在大衝日，地火距離也有6000萬公裡，很多細小的錯誤在長達數月乃至一年的旅程中都能被放大到足以影響任務成敗。就像戀愛中細小矛盾的積累最終會引發巨大的爭吵。

而在2020年4月24日，國家航天局正式公開了中國首次火星探測計劃——天問一號。按照計劃，「天問一號」火星探測器要一次性完成「繞、落、巡」三大任務。國家航天局系統工程司相關負責人2018年曾介紹，中國首次火星探測預計2020年7月實施。

可以說，這次計劃肩負著重要的使命，任務的成敗可能關係著今後中國航天的發展。那麼我們該如何保障此次火星探測計劃圓滿完成呢？有什麼問題會葬送中國首次火星探測計劃呢？

本文，我將介紹歷史上經典的失敗案例，並分三個部分介紹探測器在三個不同階段中可能出現的問題。

首先有請我們的「大黑蛋子」蘇聯登場。

發射轉運階段

說起火星探測失敗，那就不得不提蘇聯了。蘇聯屬實是實施火星探測任務的國家中有名的大黑蛋子，感覺蘇聯探火的失敗不止是技術問題了，還有運（人）氣（品）上的問題。

蘇聯一共打了17發探測器，整整十七發探測器，沒有一發是完全成功的。很多問題甚至出現在地球發射階段。

就像1969年3月發射的「火星2A號」和1969年4月發射的「火星2C」，前者發射後7分鐘，後者發射後1分鐘就因為火箭問題爆炸和墜毀。

你說，這對於一個航天大國來說應該嗎？

拜科努爾發射基地

的確，去往火星比去往近地軌道要求的初速從7.8千米/秒增加到11.3千米/秒，但是顯然，對於已經在1960年掉過兩枚火星探測器的蘇聯來說，急於競爭遠比質量問題歸零看起來要重要。上世紀60年代技術的缺陷加上急於求成的心裡，造成了一次次的失敗，甚至鬧出了笑話。

在1971年5月10日，蘇聯發射了一枚未命名的探測器，發射十分順利，也進入了轉移軌道，但是當地面控制中心準備讓它進行最後一次點火飛往火星時，人們才發現了一個天大的錯誤——衛星的預定點火時間錯誤設置在了一年半以後，這將會錯過火星轉移窗口期，意味著以該衛星的條件不可能抵達火星。為了避免別人笑話，蘇聯宣布該衛星為一枚地球衛星。

除此之外，還有大量的地火轉移失敗衛星。像是1962年10月24日和1962年11月4日發射的兩枚探測器，都在進入地火轉移軌道後點火失敗未能成功飛向火星。

再就是那些半路失聯的衛星。可以說這是整個「發射轉移階段」最難解決的一個問題。你想想，前面的「發射爆炸」和「未成功入軌」至少都是在家門口，屬於基本上「看得見摸得著」的，有時候還能搶救一下。但是一旦進入到飛往火星的軌道中，一切都將變得未知。

在深空探測中，所需信號強度是與距離呈二次方關係的，距離地球越遠，所需要的信號強度越高。這就對深空探測技術有著很高的要求。

在沒有深空探測網或者相關探測技術的支持下發射衛星前往火星的衛星，所需通信僅能依靠一根指向地球天線。就像是穿越無人區的探險家，只知道來時的路，不知道前方的險。也難免上世紀六七十年代的美國工程師認為地火軌道中存在著一個專吃衛星的「銀河系食屍鬼」。

還有輻射的幹擾。日本1998年7月3日發射的希望號火星探測器就是在途中被太陽風損壞了電子和通信系統，造成了任務的失敗。

從以上案例可以看出，在「發射轉運」階段，最為重要的問題就是發射與深空探測技術。首先是對衛星要求的初速度更高，對火箭動力的要求更嚴格，其次是對深空探測技術的要求更為精確與複雜。如果這個階段出了差錯，衛星將不可能到達火星。

有朋友可能會問了：「轉運階段這麼困難，是不是等著到了火星後情況就會簡單些呢？」

其實不然，當衛星戰戰兢兢小心翼翼地到達了臨近火星的位置後，真正的挑戰才剛剛開始。

火星捕獲段

好不容易到了火星附近，真正的挑戰才剛剛開始——進入火星軌道。這就意味著衛星必須進行姿態控制減速並且調整飛行方向。如果不減速下場是眼睜睜地錯過火星，當然，為了防止別人質疑，你可以宣布這是一枚深空探測衛星而非一枚火星探測器（哈哈）。

言歸正傳，栽在「火星捕獲」段的探測器可不少。像是上面剛剛提到的日本探測器希望號就是因為電子元器件被太陽風損壞導致姿態控制模塊失效，從而無法制動。

其次還有1992年9月25日美國發射的火星觀測者號探測器，在進入火星軌道的前三天，為了防止信號放大設備被起爆的推進系統影響，從而關閉了信號放大裝置，但隨後該探測器再也沒有與地球建立通信。

故障原因據推測可能是推進系統單向閥故障或者是推進系統起爆後產生的感應電流導致電子元器件鎖死。簡單講，就是推進系統與電子元器件在經年累月的飛行中積攢了一身的故障，並在變軌時集中爆發。

類似問題還出現在1975年8月20日美國發射的海盜一號探測器上。它在入軌前被發現推進劑貯箱加壓異常，也就是在達到規定加壓值後壓力還在不斷上升。初步推測，是推進系統的減壓閥出現堵塞，使得閥門無法完全被封閉。不過它的運氣比較好，並沒有失聯，僅僅是改變了著陸點。

可以看出，以上三個案例的問題無一例外均出現在推進系統上，這意味著，「如何保證推進系統在經過滑行期長期停止運轉後如何不出故障」是整個探測的核心問題。只要成功進入軌道，哪怕著陸失敗，停留在軌道的母倉仍有利用價值。

最後，也是整個任務最難的部分了——下降與著陸。

下降與著陸段

本次一號的目標是「繞、落、巡」，其中「落」是考驗一個國家星體探測技術的重點。

與著陸月球不同，火星擁有較大的重力和大氣層，在下降的過程中會產生曵力和摩擦，因而需要隔熱層與保護層，不能像登陸月球那樣使用輕薄的外殼；與著陸地球也不同，火星雖然擁有大氣，但是大氣過於稀薄，僅靠降落傘不足以帶來足夠的減速。

可以說火星的大氣層恰好處於最為棘手的區間，我們必須給著陸的探測器安裝好足夠厚的保護殼、隔熱層，還需要足夠大的降落傘，最後還需要強大的反推火箭和燃料。如此複雜的系統大大降低了登陸火星的成功率。同時巨大的信號延遲也意味著整個降落過程人類可以插手的地方極為有限。

1971年5月28日蘇聯發射的火星3號就栽在了降落傘上，由於主傘降落故障，主降落傘在著陸器速度1馬赫的時候才打開，雖然主傘打開，但是著陸器仍舊以20.7米/秒的速度降落在了火星。幸好著陸器配備了減震措施，足以承受如此高速的「軟著陸」。

這也是人類首次成功軟著陸火星，也是蘇聯火星計劃中距離成功最近的一次。然而這次蘇聯又發揮了臉黑的傳統，火星三號降落時遭遇了有記錄以來最大的火星風暴，據推測，著陸器被吹翻，僅僅活動了1分44秒，並傳回了一張怪異的圖片。

2003年6月2日歐洲航天局發射的「火星生物學2016」也因為主傘原因導致陀螺儀短期飽和，從而喪失了姿態控制，造成著陸器判斷故障，提前打開降落傘和關閉減速發動機，造成著陸器墜毀。

1973年8月5日蘇聯發射的火星6號探測器則由於減速動力異常造成著陸器最終以61米/秒的高速撞上火星。

通過以上案例可以看出，在最終的著陸階段，反推發動機、減速傘與姿態控制器缺一不可，三者之間複雜的數據協調必須得到保障，否則將造成登陸失敗。

總結

經過對上文9枚探測器的分析，我們對火星探測計劃中可能出現的風險有了初步的了解。可以簡單總結為以下幾點：發射裝置要靠譜、小型故障不能有、降落系統要穩重。

只有做到了以上三點，來自中國的天問一號才能夠成功降落在火星，為火星增添中國成員。