今年下半年中國航天將迎來2次重大的深空探測任務。一個是首次拜訪火星的天問一號，另一個則是首次進行月球採樣返回任務的嫦娥五號。
我們知道長徵5B是專門用來在環地軌道搭建空間站的，而像奔月探火這種深空任務就落在5B的老大哥長徵五號身上了。就在2020年7月23日，在海南島的中國文昌航天發射場用長徵五號遙四運載火箭成功發射了首次火星探測任務的天問一號探測器，並在火星實現繞、著、巡三位一體的科學任務。
在2年一次的登陸火星窗口期，中國人終於開啟了首次對於火星的探索。如果成功將成為世界上第一個首次發射就能完成在火星繞、著、巡三項任務的國家。而此次在窗口劍指火星的還有兩位，一個是阿聯，他們聯合三個美國學校研製的希望號火星探測器在中國發射的3天前，7月20日藉由日本的H-2A運載火箭成功發射。
另一個是美國的毅力號，原本NASA計劃7月17日使用宇宙神運載火箭發射，但因故推遲到7月30日沒有搶到頭香。這兩個探測器我們稍後再講。
那麼天文一號水平到底如何，在世界又能排到什麼位置？今天我們就來介紹一下。
詳解天問一號可能取得的成就之前，我們先來解答幾個小疑問。首先宇宙速度這個學過物理的人都了解。簡單說一下我們往天空扔石頭，石頭會做拋物線，運動力量越大，拋的也就比較遠。
假如我們造一個很牛的大炮，例如人間大炮可以把人或物體轟出去。如果力量足夠大，理論上來說可以繞地球一圈再落回原點。如果再大上那麼一點，速度達到每秒7.9公裡，那麼它就可以一直環繞地球飛行不回來了，這就是第一宇宙速度。
不過我們再把速度提高達到每秒11.2公裡，他就會脫離地球的引力場跟地球說再見了。這個最低的地球逃逸速度就是第二宇宙速度。那麼如果我們想擺脫太陽的束縛，想去半人馬座找三體人怎麼辦呢？那就要達到每秒16.7公裡的第三宇宙速度了。所以人類想要去火星完成探測任務，達到第二宇宙速度則是最基本的前提。這個看似難度好像並不大，那麼此前的火星任務中有沒有就栽在了這一步的呢？還別說真的有。
其中以俄羅斯的經驗最為豐富，而最讓中國人印象深刻的就是2011年俄羅斯在中國首顆火星探測器螢火1號的俄羅斯福布斯土壤探測器這個火星任務中國搭了個便車。俄羅斯其實早在2005年就主動向中國發出邀約，要知道中國製造10年後的2016年才發射了有此種運力的長五號火箭，所以在當時面對這個火星一次遊的便車豈有不搭之理，但留給中國的運載餘量只有110公斤左右，這麼小的餘量中國就只能設計一個有史以來最小的環火星探測器，仿佛是暗夜中的一個小小熒火蟲。
這剛好就是中國古代對火星的稱謂的諧音，因此螢火一號應運而生。俄羅斯原計劃是2009年發射因故推遲，錯過了那次窗口期只能延後2年後，也就是2011年11月，他在兩國探測器的天頂號運載火箭騰空而起飛向太空。但在達到近地軌道準備變軌進入第二宇宙速度時發動機未能點火，而且又失聯了所以福布斯在200公裡高的近地軌道上孤獨地飛了2個月後，自然也落在南太平洋裡，所以看來靠人終究不如靠自己。自那時起中國開啟了自主發展火星探測的計劃，於是有了現在的天文一號。
中國為什麼要建立海南文昌發射中心？
另一個小疑惑是為什麼最近幾次中國發射的長徵五號和長徵5B都是選擇在海南島，在此天涯海角不會給火箭的運輸和維護造成不方便嗎？很簡單因為海南文昌的緯度更低，那為什麼這種大運力的火箭通常要選擇在緯度較低的地方呢？原因在於緯度越低，地球自轉速度越快，火箭最終的飛行速度是運載火箭的速度加地球轉動線的速度。因為在火箭速度相同的情況下，地球的轉速度越快，被發射的探測器的速度也就越大。
簡而言之火星探測器要脫離地球，從某種程度上來說，是被地球甩出去的，所以越接近赤道被甩出去就越容易，這樣就達到節省燃料增加載荷的效果。經過計算，在海南文昌發射要比在西昌發射提高7.4%的有效載荷，大約為370千克。這相當於3顆螢火一號。
而縱觀世界各國的火箭發射中心，也大多選在國內緯度較低的地區。像美國的甘迺迪航天中心，就是位於最南部的佛羅裡達州。世界緯度最低的是在南緯2.9度的義大利聖馬科發射場。此地位於東非歐洲航天中心，也在南美找了個地方，是位於更接近赤道的法屬蓋亞那。
那麼世界上緯度最高的是哪裡呢？大家可能也猜到了，那就是北緯63度的俄羅斯普列謝茨克發射場。而在蘇聯時代，南方的哈薩克斯坦有個拜科努爾發射基地位於北緯46度，勉強可用蘇聯的絕大部分航天發射計劃都在這個地方。但隨後蘇聯解體了，想用拜科努爾就只能靠租了。
俄羅斯心裡苦，幹相同的活我出力最多，這也太不公平了。我要這麼大的地盤有什麼用呢？所以綜上所述，這就是為什麼中國在已經有了酒泉、西昌、太原三大火箭發射中心後，又在2014年新建海南文昌發射中心的原因了。
天問一號與其他兩國的探測器的區別在哪裡？
天問一號火星探測器由環繞器和著陸巡視器組成，總重量達到5噸，命名來自2000多年前屈原的長詩天問，剛才提到了此次中國火星探測任務是要完成繞、著、巡三大任務。簡單來說，天問一號被甩出地球後，能超過第二宇宙速度的超高速奔向火星。找到火星後要來個緊急剎車，這一步非常的重要一不留神就會跟火星擦肩而過。
1998年，日本發射的火星探測器均勻點火失敗而錯過火星軌道，從而變為一個周期為兩年的環太陽衛星。所以繞並沒有看似那麼簡單。天問一號的環繞器，配置了中高解析度相機、次表層探測雷達、火星礦物光譜探測儀、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臺載荷，將對火星開展全球性普查探測。
那麼僅僅在火星軌道上繞圈圈、拍拍照，這恐怕也探測不到火星人吧？的確，所以這被稱為普查，後面還有詳查和精查兩步，登陸火星並進行巡視探測叫詳查；將樣本帶回地球供科學家在實驗室研究這叫精查。今日精查還無人做到，而中國此次嘗試的也正是前兩部天問一號繞行火星後轉個幾天完成著陸區的預先探測和著陸點調整後，將擇機釋放著陸巡視器，而軌道環繞勁將繼續留在天上調整進入中繼通信軌道，為之後與巡視器通信。
接下來即將進入最為緊張刺激的著陸恐怖7分鐘了。這也是多國屢次嘗試而最終失敗的夢魘，著陸巡視器與軌道環繞器分離後進入火星大氣，將通過氣動外形降落傘、反推發動機等多級減速和著陸腿緩衝軟著陸於火星表面，這幾個階段都必須嚴格按照程序執行，否則一招不慎滿盤皆輸。
為了可以安全著陸火星，2019年11月14日，中國在位於河北懷來亞洲最大的地外天體著陸綜合試驗場，成功模擬了著陸器在火星重力環境下的懸停避障緩速下降的過程。這為火星探測任務的如期實施奠定了基礎。
接下來如果一切順利的話，中國的火星車將與承載平臺分離，可以開心的在火星表面巡遊了。此次的火星車配置了多光譜相機、次表層探測雷達、火星表面成分探測儀、火星表面磁場探測儀、火星向測量儀地形相機共6臺科學載荷。
對著陸區的詳查也將隨即展開。繞、著、巡的三大任務完成如果成功，中國也將史無前例的成為首次發射就一次性完成了這三項任務的國家，起點很高同時挑戰也很大。那麼如果三項任務完成是不是就大功告成了呢？並不是的，前面的路還很長。前面也說了詳查之後就是精查，想要精查就需要把火星樣本運回地球，但這個難度可就大了，也是很多人也注意到了在各大新聞媒體的報導中，此次美國NASA發射的毅力號將完成登陸火星尋找地外生命採集樣本返回地球。那這是不是意味著美國此次的火星探險之旅將完成把火星樣本帶回地球的任務呢？
其實不然，毅力號並不會直接返回地球，而是對火星的樣本進行採集和存儲，等『人』來接它，人類在還無法做到一次性去火星再回來。所以這個『回』美國分了兩步，毅力號成功後按計劃NASA和歐洲航天局可在2026年向火星發射2臺太空飛行器。其中一臺於2028年在火星著陸，屆時將從毅力號接過樣品，隨後該太空飛行器把樣本發射到火星軌道上，交給另一臺太空飛行器，後者將於2031年返回地球。
所以這麼看來人類要看到火星上的東西並開始研究，最快也要等到21世紀的30年代了。那麼此次窗口期另一個國家阿聯的火星探測器又是怎麼回事呢？這個承載了阿拉伯年輕人希望與夢想的希望號，其實是由阿聯出資美國航天科技人員設計製造，並由日本的H-2A運載火箭發射的聯合項目，阿聯人全程參與並學習，希望號實質上是美國火星探測器MAVEN的後續，發射質量為1.5噸，主要負責觀測火星氣象變化。當然冠名權非鈔給力的阿聯莫屬了。
換句話說希望號只是一個實現繞行任務的氣象衛星。這個與中美兩國一次進行多個任務的毅力號和天問一號壓根不是一個量級。那麼除了此次發射的阿中美三國，世界上還有哪些國家完成過火星探險之旅呢？
人類探索火星的第一次嘗試發生在1960年10月10日，蘇聯發射了第一顆探測器火星一號，但最終以失敗告終。此後每到地火接近的窗口期類都像探索火星發起了挑戰。第一次成功的是美國人，1964年發射的水手四號探測器，首次飛掠火星並傳回22張火星圖片。人類第一次在如此近的距離一睹火星的模樣，注意這次只是飛躍，而不是剛才提到的環繞。
第一個成功進入火星軌道的是誰呢？1971年美蘇相繼發出大招，美國發射兩次，蘇聯更是來了個3連發。這五個探測器中美國1個、蘇聯2個最後成功抵達火星軌道。而美國的水手9號走了幾天拿下第一。而蘇聯的另外兩個則有一個更為龐大的計劃將完成人類首次繞行和著陸兩位一體的嘗試。
其中火星2號在降落時傘沒打開來了個硬著陸失敗墜毀成為第一個抵達火星表面的人造物，但這個第一不要也罷。幾天後火星3號又嘗試了一把，這次終於實現了軟著陸。但著陸器只工作了14秒就失聯了，連一張照片都沒有傳回地球。人類首次著陸火星的嘗試失敗，那麼後來誰成功了呢？
是美國1975年的海盜1號和海盜2號來了個兩連發，竟然全部軟著陸成功。俄羅斯自此心灰意冷，此後10年再無工作。注意美國成功的這兩次只是、著兩步，那時的著陸器還無法自行運動。所以巡還沒有實現。那麼這個巡又是誰第一個實現的呢，沒錯，還是美國。
1996年12月，美國探路者號發射，並於次年美國國慶日成功登陸火星，並釋放火星車巡視探測。這也是人類送往火星的第一步。火星車再次拿下第一。那麼現在的天問一號的繞、著、巡探測方式是否是在重複24四年前的探路者號呢？
還真的不是！因為美國的探路者號既沒有攜帶軌道環繞器，也沒有嘗試先進入火星軌道繞行再著陸的方式，而是像流星一般直接衝向火星。它離開地球經過213天的衝刺後，探路者號以26000公裡的時速疾馳而下衝向火星。通過降落傘反向火箭和一個巨大的氣囊最終一顛一顛的落地了。
而依靠相同的方式，美國又在2004年成功的讓兩個巡視車登陸到了火星上，分別是勇氣號和機遇號。但這種一顛一顛的方式有個壞處就是降落時無法再修正，增加了不確定性。一旦跌進溝裡就麻煩了。所以美國在2011年發射好奇號時採用了更為先進的降落傘加反向推進，最後懸停釋放火星車的方式。這種方式不僅酷炫，而且精度頗高。好奇號比預定的著陸位置只差了2.4公裡。而且這款火星車為核動力驅動，大大延長了其探測時間，17天仍在工作。
以上可見美國對於只攜帶著陸器和火星車的一次性著+巡的方式已經駕輕就熟，成功率相當高。但如果再加上攜帶軌道環繞器的話，繞、著、巡一次三連還從來沒有做到過。那麼誰曾經嘗試過呢？
那就是歐洲2003年，歐洲航天局的火星快車探測器，它在火星快車軌道器和英國的獵兔犬二號著陸器兩大部分飛向火星嘗試一次三連結果軌道器成功入軌實現了繞。但著陸器跟軌道器分離後就失去了聯繫。此後獵兔犬二號就杳無音信了。
歐洲人不服氣，2016年又嘗試了一次，最後於著陸時1秒的計算失誤提前將降落傘和防熱罩分離，火星車因硬著陸而墜毀，後兩步又沒有實現。可見要一次性完成繞、著、巡還真的沒那麼容易。
所以此次中國首次嘗試火星任務叫一次性完成，此前並無先例的高難度。那麼一旦成功天問一號就將載入史冊。在今年的發射窗口之前，人類共執行過44次火星探測任務，其中19次成功，25次失敗，成功率只有43%，可見風險極大。
而迄今為止成功登陸的探測器也只有8個，分別為海盜一號、海盜二號、探路者號、勇氣號、機遇號、鳳凰號、好奇號和洞察號。其中能做到巡的火星車只有4輛，探路者號、勇氣號、機遇號和好奇號以上全部來自NASA美國遙遙領先。
而在火星軌道上仍在正常工作的軌道衛星還有6個，其中美國3個，歐洲2個、印度1個，有人會奇怪怎麼還出現了個印度？沒錯，印度對於火星的探索走在了中國前面，而且還拿下了一個亞洲第一。之前提到了1998年日本向火星發射的希望號探測器沒能繞行火星，結果繞行了太陽。
2011年，中國的螢火一號搭便車失敗的兩年後，印度卻成功了。2013年印度獨立發射了火星軌道探測器，並在2014年成功進入了火星軌道。雖然此次任務並不包括登陸火星，但首次發射並成功，拿下了亞洲第一，真是可喜可賀。印度人也大喜過望，還把火星媽媽印證在2000盧比的鈔票上。
以上就是各國對於火星的探索史。等下是不是忘了一個人——馬斯克那個狂人不是在2018年把自己的跑車發射火星了嗎？現在也該入軌了吧，其實那次發射還真的是一次徹頭徹尾的廣告式發射。首先窗口期就沒趕上，2018年的『探火』發射窗口在5月。而馬斯克的重型獵鷹火箭早就2月就升空了，錯過了發射窗口，它的運行軌跡就只能是這樣，距離火星還有十萬八千裡呢，而且它的跑車也沒有任何反向推進裝置無法減速。即便在窗口期發射頂多也只能直接衝向火星而被大氣層焚毀，像這種火星軌道繞圈圈絕無可能。
中國的天問一號在太空中疾馳，7個月的時間抵達火星。而中國能否成為繼美國之後第二個把火星車成功降落在火星表面的國家，我們一起拭目以待吧。