火星表面示意圖
2020年是中國火星探測元年。萬眾期待下，「天問一號」順利升空，將為中國打開火星之門，使我們真正進入深空、走近火星。探測器為何叫「天問一號」？登陸火星有多難？各國又為何「扎堆」去火星？大家口中所說的著陸「恐怖7分鐘」又是怎麼回事呢？看新華社為你一一解惑。
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為何叫「天問一號」？
中國古代稱火星為「熒惑」。其中「熒」代指火星由於土壤富含氧化鐵而發出的紅光；「惑」則出於古人對火星運行缺乏規律而感到的困惑。
本次火星探測任務中的「天問」一詞，出自2300多年前的愛國詩人屈原所著《楚辭》中的同名長詩《天問》。全詩通篇都是對天地、自然和人世等一切事物現象的發問。
遂古之初，誰傳道之？
上下未形，何由考之？
冥昭瞢暗，誰能極之？
馮翼惟象，何以識之？
「宇宙誕生之初的情況人們是怎麼知道的？天地未分，混沌無垠，是誰考定而知之的？幽明之理，難知難曉，誰能窮極其本源？天地既分，惟象無形，何以識知它的形象？」
早在先秦時期，屈原就已對當時的天文學提出了質疑，這是可貴的科學精神萌芽。這與如今科學家們對火星的不斷探究精神不謀而合，故此為名。
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登陸火星有多難？
火星，古往今來自帶一抹神秘色彩。早從60年前開始，人類就開啟了對這顆赤色星球的探索。然而，幾十年間，探測的成功率卻不足一半。
有數據顯示，自上世紀60年代以來，人類的火星探測活動達40多次，成功率卻不到50%，其餘的項目都出現探測器撞毀、失靈或失蹤等情況。為此，在業界火星甚至被稱為「探測器墳場」，其探測難度可想而知。
火星探測為何如此之難？地火兩星相隔甚遠是一大原因。我們常說火星是地球的鄰居，但它卻實在算不上「近鄰」。據測算，地火之間最遠距離約4億公裡，最近距離也有約5500萬公裡，是地月距離的150倍。因此火星探測器在抵達目的地之前，往往需要飛行很長的距離，時間長達7-8個月。
在這個長途旅行中，對探測器的發射、軌道、控制、通信、電源、入軌、著陸等技術都有很高要求。所以，「探火」可比「探月」要難多了。
3
為何夏季「扎堆」去火星？
眾所周知，火星、地球都繞太陽公轉，但兩者速度不同、軌道也不同。因此只有每隔約26個月，才能等到地火直線距離最近的時候，此時兩行星距離約為5500萬公裡。而在這一時刻前後，從地球發射火星探測器，能讓人類「探火」之旅的「趕路」時間更短、所攜燃料更少、成本也更加低廉。簡單來說，此時是「抄近路」去火星的最佳機會，航天工程上所說的發射「窗口期」也由此而來。
7月20日，阿聯的「希望號」火星探測器發射成功；7月23日，我國的「天問一號」火星探測器順利升空；此前美國也宣布，將於7月30日發射「毅力號」火星探測器。今夏的7至8月，全球迎來了發射火星探測器的「高光時刻」。有能力進行火星探測的國家，當然都不願錯過這個「窗口期」。因此，也就不難理解為何會出現多個國家「扎堆」去火星的狀況。畢竟如果錯過這次窗口期，下一次的好時機可就要等到2022年了。
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「三套餐」組合是什麼？
不同於之前與俄羅斯合作最後遺憾失敗的「螢火一號」，此次「天問一號」是我國自主發射的第一顆火星探測器。
為了一步到位，「少花錢，多辦事」。我國首次火星探測計劃通過一次發射，完成「繞、落、巡」三大探測任務，這是世界航天史上從未有過的。據了解，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。
為此，「天問一號」集成了一個「三套餐」組合。包括火星軌道環繞器、著陸器、巡視器（火星車），將分別實現「火星環繞」「火星表面降落」「巡視探測」三項探測任務。其中，裝在火星車上的次表層探測雷達，將在抵達後對火星地表以下10米甚至100米深度的火星內部結構進行「透視」。據該雷達的研發單位中國科學院空天信息創新研究院介紹，這是一種基於火星車平臺的高解析度次表層地質結構探測雷達，是實現火星探測工程科學探測任務的重要載荷之一。
這也是「天問一號」明顯不同於另外兩個火星探測器的地方。據悉，美國即將發射的「毅力號」是由著陸器和巡視器兩部分構成，而此前阿聯升空的「希望號」則只有環繞探測器。
「天問一號」除了完成這三大探測任務之外，還設定了5大科學目標，包括空間環境、形貌特徵、表層結構等研究。
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落地7分鐘有多「恐怖」？
整個火星探測任務中，最難的便是著陸這一關。由於地火距離遙遠，因此火星探測器需要完全自主導航控制完成著陸之旅。
著陸器在「奔火」的途中一直處於高速飛行狀態，因此在再入、下降與著陸過程中，要在7分鐘內將探測器的時速從兩萬千米降低到零。正是這個過程被稱為「恐怖7分鐘」。這一階段，探測器的防熱措施是否可靠，降落傘、氣囊和緩衝火箭等能否按程序工作都至關重要。而由於著陸過程時間太短，遠不夠完成一次地火通訊。這就意味著全程超過1000個動作的降落過程必須依靠火星探測器自主完成，對軟體和硬體的要求極高。
然而，茫茫深空中，失之毫釐，謬以千裡。歷史上許多探測器都在這「恐怖7分鐘」裡功虧一簣。例如2016年10月20日，歐洲「火星生物學-2016」中的「夏帕雷利」，因為1秒的計算失誤導致降落傘與防熱罩提前分離，最終硬著陸而撞毀。因此雖然著陸器降落時間短暫，但它的成功與否，卻直接決定著整個火星任務的成敗。
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我們為什麼一定要去火星？
月球之後，人類選擇的下一個目標往往是火星，原因在於它的自然環境與地球最為相似。因此火星被視作除地球外有可能孕育生命的星球之一，也被認為是未來人類最有可能移居的行星，這些都吸引著多個國家去探索這顆神秘的星球。
從20世紀60年代起，人類就開始不斷地向火星發射探測器，然而成功著陸火星的國家只有美國。火星探測作為航天強國的重要標誌之一，在這一深空探測的科學浪潮中，又豈能少了中國的身影？
如果說此前探測月球只是「熱身運動」，是為探測火星作準備，那麼經過多年來的打基礎、練技術，目前的中國已具備開展自主火星探測的能力。「天問一號」成功升空，僅僅是邁向深空的第一步。數月後，如果「天問一號」任務圓滿成功，那麼我國將成為世界上第二個登陸火星的國家，也代表著我國深空探測技術水平站到了世界前列。
火星，我們來了！
本版稿件綜合新華社 人民日報客戶端 圖片據新華社
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