中國進入行星探測時代 火星探測「跨越式發展」

2020-07-24 光明網

歐陽自遠

我國首次火星探測任務發射圓滿成功,中國月球探測工程首席科學家、中國科學院院士、被譽為「嫦娥之父」的歐陽自遠激動萬分。「這是中國航天史上歷史性的一天,也是具有裡程碑意義的事件,它標誌著中國航天進入行星探測時代。我們幾代航天人的夢想總算實現了。」歐陽自遠是最早提出中國火星探測任務的科學家之一。他說,通過一次任務實現火星環繞、著陸和巡視,實現跨越發展,這是中國火星探測的特色。我國火星探測任務起步雖晚,但起點較高,可實現「跨越式發展」。

文、圖/廣州日報全媒體記者 肖歡歡

「今天終於邁出歷史性一步」

歐陽自遠是最早一批建議中國制定火星探測計劃的科學家,為了火星探測,歐陽自遠可謂嘔心瀝血。「我之前去 一些學校講課,也有一些人問道,現在我們又不能到火星上住,為什麼要花錢去搞火星探測。我也一直在不厭其煩地做科普工作。我始終覺得,一個國家、一個民族,一定要有仰望星空的人,這個民族才有希望。」歐陽自遠說,火星現在還有很多謎,通過探測火星,我們對地球的起源和演化,對太陽系的起源和演化,就可以有幾個例子來解剖了。

歐陽自遠表示,對比地球、月球和火星,通過互相印證可以探索太陽系的起源和演化,所以探測火星的科學意義是非常巨大的。而要推動航天事業的發展,拓展人類對太陽系的認知,必然要走出這一步。「今天,我們終於邁出這一步,這是具有歷史性意義的。」歐陽自遠說。

歐陽自遠說,人類要飛向更浩瀚的太空,探索太空,第一步是登月,第二步就是探測火星,火星探測是當前全球航天探索的重點。火星是地球的姐妹,而火星生命的探尋始終是火星探測的第一個科學目標。從目前掌握的信息看,火星是最有可能誕生生命的天體,因為火星在很多方面都很像地球,它是地球的近鄰,它的一天比地球只長一些,而且也有四季氣候變化。

歐陽自遠表示,在整個宇宙中,地球可以說只是滄海一粟。放眼整個人類歷史發展來看,地球受到太多的自然威脅,包括生態環境的破壞等,未來很可能不再宜居了。所以人類不能總是待在搖籃裡面,得走出去探索在太陽系裡面找到另外一個天體,讓它變成人類的第二個「家園」。當然,人類想「移民」火星,必須要對火星的環境進行改造。首先要提高火星的表面溫度,讓冰蓋融化,在火星表面保持液態水,並製造出溫室效應。然後在上面種一些低等植物,慢慢改變大氣結構,讓火星溫度接近地球。按照現在的科學認識,這個過程大概需要一兩百年時間,改造成功之後人類就可以不穿太空衣在火星上生活了。

首次「探火」有5大科學目標

這些年來,歐陽自遠一直密切關注著中國火星探測的最新進展。他表示,中國首次火星探測任務的目標是突破火星制動捕獲、進入/下降/著陸、長期自主管理、遠距離測控通信、火星表面巡視等關鍵技術,最終實現火星環繞探測和巡視探測,以獲取火星探測科學數據。

歐陽自遠表示,通過火星環繞探測和巡視探測,主要完成以下五項科學目標:1.火星全球和著陸區地形地貌、地質構造探測與研究,尤其要獲取典型地區高精度形貌數據,要為火星拍照;2.火星全球和著陸區土壤厚度、成分及其分布;3.火星全球和表層地下水體的分布,水冰信息等;4.火星重點地區(候選著陸區)的詳查;5.火星磁層、電離層、大氣層及其氣候特徵,火星物理場(磁場、重力場)與內部結構探測。

據了解,「天問一號」火星探測器在與「長徵五號」火箭分離後,主要經歷以下幾個階段:1.中途修正:探測器與運載火箭分離後,經過中途修正和約7個月的飛行抵達火星。2.火星捕獲:在「近火點」附近實施制動,也就是「踩剎車」,實現火星捕獲,進入周期約10個火星日的「環火」橢圓軌道,再擇機實施軌道機動,進入周期約2個火星日的橢圓停泊軌道,完成著陸區預先探測和著陸點調整後,擇機釋放著陸巡視器。3.中繼通信:環繞器隨即進行軌道調整,進入中繼通信軌道。4.進入、下降、著陸:著陸巡視器與環繞器分離後,進入火星大氣層,通過氣動外形、降落傘、反推發動機等多級減速和著陸緩衝,軟著陸於火星表面。5.車器分離:火星車與搭載平臺分離,在火星表面開展巡視科學探測。火星車的設計壽命為92天。此時,環繞器在中繼通信軌道上為火星車提供中繼通信鏈路,並開展科學探測,運行約90個火星日後,進行軌道調整,進入遙感軌道,開展科學探測,併兼顧火星車中繼通信。

據介紹,「天問一號」探測器由環繞器和著陸巡視器組成,總質量約5噸。環繞器配置了中解析度相機、高解析度相機、環繞器次表層探測雷達、火星礦物光譜分析儀、火星磁強計、火星離子與中性粒子分析儀、火星能量粒子分析儀共7種有效載荷,並配備一臺環繞器載荷控制器對載荷進行控制和管理。著陸巡視器由進入艙和火星車組成,進入艙完成火星進入、下降、著陸任務。著陸後,火星車將對火星進行遙感探測和區域精細探測。火星車配置了火星表面成分探測儀、多光譜相機、地形相機、火星車次表層探測雷達、火星表面磁場探測儀、火星氣象測量儀共6種有效載荷,對火星進行遙感探測和區域精細探測,並通過集成化載荷控制器對載荷進行控制。

火星探測需「步步為營」

歐陽自遠說,火星探測是繼月球探測之後深空探測的最大熱點,是未來載人行星探測的重要目標。他表示,我國火星探測任務起步雖晚,但起點較高。在這次任務中,會發射一個衛星繞著火星飛,全面了解火星,並通過一次任務實現火星環繞、著陸和巡視,實現「跨越式發展」。中國的探測模式是「火星軌道器+火星車」組合協同工作,也就是天地聯合探測,這是中國這次火星探測的特色。

據了解,今年全球有3次火星探測任務,而中國這一次任務的難度是最大的。如果成功實現火星環繞和著陸、巡視探測,將使我國成為世界上第二個獨立掌握火星著陸巡視探測技術的國家。而只通過一次發射任務來實現火星環繞和著陸巡視探測,也是火星探測史上首次。

歐陽自遠同時表示,火星探測是一項漫長的任務,需要「步步為營」,把每一處技術細節都做到極致,而他也期待著中國首次自主火星探測能取得預期的科學成果,在全人類的火星探測史上做出我國獨特的貢獻。

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