“天問一號”向火星進發！

電影《少林足球》里面，有一句經典臺詞：“地球太危險，你回到火星去吧。”長期以來，不管是科幻作品，還是天文愛好者的暢想，都繞不開火星是人類第二棲息地的話題。

首次火星探測行動

近代，隨著科技的發展，各國不斷開啟火星探測活動。中國國家航天局在2020年4月24日“中國航天日”啟動儀式上也公開了中國首次火星探測的任務名稱、任務標識。中國行星探測任務被命名為“天問（Tianwen）系列”，首次火星探測任務被命名為“天問一號”，后續行星任務依次編號。按照預定計劃，“天問一號”將于2020年7月23日發射，2021年2月11日將飛到火星，火星捕獲制動，2 月21 日變軌進入停泊軌道，4月份擇機登陸，登陸點在1號地點。此次，“天問一號”由軌道器、著陸器、巡視器三個部分組成，總質量約5 噸。“天問一號”火星探測任務將一次性完成“繞、落、巡”三大任務，這也標志著我國行星探測的大幕正式拉開。

2020 年7 月23 日12 時41 分，我國自主研發的新一代最大運載火箭——長征五號B 攜帶中國火星探測器“天問一號”成功發射升空，并進入預定軌道。這標志著中國邁出了自主開展行星探測的第一步，也為中國航空后續深空探測任務奠定了良好基礎。這次火星探測任務，起點設置很高，自主創新強，不簡單重復他國火星探測的老路，體現我國航天技術的新水平，以及航天人的自信。

從理論上來說，從地球到達火星的路線有很多種，但是考慮到時間成本、經濟成本和技術限制，我們必須選擇一條最佳軌道完成任務，而這條最佳軌道只有在地球與火星相對位置滿足合適條件的時候才能實現，這個相對位置合適所對應的發射時間段就被稱為“發射窗口”。火星與地球同為繞日公轉的行星，雖然是地球的近鄰，但相距十分遙遠，并且各自運行速度不同。因此，向火星發射探測器，必須選擇它與地球距離最近的時機，而這樣的機會每隔大約26 個月才有一次，而且一個“發射窗口”約一個多月。

挑戰與成功并存

雖然探測器發射成功了，但這其中存在著4 大挑戰。第一，沖出地球不代表最終成功。升空并不代表著抵達火星，“天問一號”真正到訪火星需要7 個月后，到達預定軌道只是第一步。火星探測器任務，不僅是探測器本身，還考驗深空通信技術和遠距離控制技術。這不是我們第一次嘗試，2011年就曾嘗試向火星發射探測器“螢火一號”，當時搭載的是俄羅斯“福布斯-土壤號”火星探測器。一開始兩款探測器都已順利進入太空，但還未到達目的地，就因為變軌失敗最終進入了地火轉移軌道。

第二，任務高度緊湊。“天問一號”如果成功抵達火星，必須實現“繞、落、巡”這三項任務。而在人類航空歷史上，其他國家探測火星通常是將這三個任務拆分開來，分成三個步驟實現：先由火星探測器完成繞火星軌道的高空探查，而后將固定式著陸器分離實現著路，再針對火星表面進行分析，最后再由火星車到達火星表面。而“天問一號”則需要一次性完成這些任務，難度可想而知。

第三，著陸器。“天問一號”的著陸器至關重要，因為它需要執行著陸任務，一旦失敗整個器械都會損毀。火星表面有大氣，這使得著陸器必須依靠降落傘和反沖發動機的聯合作用，才能迅速緩沖速度，將原本每小時上萬千米的速度銳減至零水平，確保穩當降落。但這一過程是無法遠程監控的，只能依靠設計人員為著陸器研發的高度自主化體系完成，這是一個巨大的挑戰。

第四，火星車能源供應。“天問一號”的能源供應也是一個極大的難點。不同于月球，火星與地球相似，有大氣就意味著減少了太陽的光作用，這使得火星車的太陽能電池所吸收的電能被減少。不過研究人員透露，此次火星探測器的太陽能電池板比月球車的大，且整體實驗設備強調了節能，所以相關人員有信心它能在整個過程中確保能量收集和儲備。

8月2日7時整，“天問一號”探測器3000 牛發動機開機工作20秒，順利完成第一次軌道中途修正，繼續飛向火星。探測器升空進入外太空后，漸漸遠離地球，重力幾乎為零，不受任何引力的束縛，基本上是自由自在地做慣性運動，很少消耗燃料。經過這樣長途飛行，探測器將于明年2 月進入火星的引力場范圍內，受火星的吸引而著陸火星。因此，探測器能否被火星的引力場捕獲，十分關鍵。如果捕獲失敗，探測器將與火星擦肩而過，淪為太空中的“流浪”者，一切努力會前功盡棄。

當然，我們都期望能捕獲成功，我國航天技術發展水平和廣大科技工作者的辛勤付出，給了大家充足的信心。當飛行器被成功捕獲后，就進入火星環形軌道，再通過地面發去的指令，調整位置和姿態，就像偵察衛星環地球運行那樣，開始環繞探測作業，獲取火星上的氣象、地質和天文資料，并轉換成電波信號發回地球，通過科學家分析研究，初步探明火星表面情況。

驚心動魄的7分鐘

“天問一號”奔向火星的漫漫旅途中，一直高速飛行。著陸前只有把速度降下來，才能平穩落到火星表面。當探測器接近火星時，必須在7 分鐘內，將時速從2 萬千米，降到落地時為零，并完成安全降落和著陸。這段時間雖短，但最驚險、最艱難、最關鍵，直接關系到整個任務的成敗。

早前，歐洲兩次軌道環繞實驗取得成功，但著陸計劃流產了；美國的情況更慘，著陸裝置在距火星表面40米時，不幸墜毀，摔成碎片；俄羅斯20多個探測器，性能領先美國許多，但無一成功降臨火星。畢竟相距太遠，一旦發生問題，數據傳輸時延太大，不像在地球附近那樣能及時處置，需要探測器自主應對。因此，7分鐘的著陸過程，必定會牽動人心。相比之下，探月工程要容易得多。而我國“嫦娥”系列飛行器，2013 年首次著陸月球時，所有工程技術人員的心也都吊到了嗓子眼。當聽到最后成功的消息時，大家都激動得熱淚盈眶。可想而知，火星著陸的難度有多么大，對我國航天工作者提出了極大考驗。

探測器整個著陸過程分為四步：首先是氣動減速，高壓氣罐突然向飛行相反方向放氣，產生一個強大的反推力，把速度從4.8 千米每秒減速到460 米每秒，相當一個空中急剎車，這段時間為5 分鐘。接著，降落傘打開，在1.5 分鐘內速度再減到之前的1/5。隨后，進入動力減速階段，反推火箭點火，開始反向噴射煙氣，再次產生一個反推力，將速度降到像人騎自行車那樣，這段時間為80秒。剩下的最后100米，采用特定的制動手段，把速度減得更慢。這時，離火星已經很近了，著陸器在慢慢降落的同時，對火星表面進行觀察，為選定著陸點做準備。如果發現大坑或巨石，調整位置避開，確保安全落地，以免翻車。

使命重大的火星車

軌道器是前面提到的沿火星環形飛行的探測裝置；著陸器和巡視器是實地勘探裝置，將在火星表面軟著陸，并釋放火星車。火星車類似于月面探視裝置——月球車。這個有兩張飯桌大的家伙，具有超級智能機器人的本領，能在火星表面自主行走，并用光譜儀和相機等6種先進儀器，進行精細巡視、拍照和重點勘查。到時候，我們通過火星車發回的信息，來證實火星上是否有河流、古生物化石、甚至外星人等傳聞，一些不實傳言將不攻自破，并獲得新發現和可靠的天文知識。

火星上的一天，比地球上稍長一點，大約是24 小時37 分鐘。火星車的設計壽命，為火星上的90天，也就是地球上的三個多月。在這段時間內，火星車的命運存在許多未知，將受到意想不到的火星天氣和宇宙環境的嚴峻挑戰。因此很多問題難以預料，比如：火星車會遇到什么地形？能否安全行駛？遇到沙塵暴用什么手段躲避？這些都值得人們拭目以待。

對可能出現的問題，除了科技人員事先做猜想性研究外，還要根據屆時發回的信息，隨機妥善處置，確保火星車順利執行任務，安全度過具有非凡意義的90多天。

據航天科技集團科技委員會主任包為民介紹：火星車將在90個火星日里，運用大氣環境測試儀，獲取火星溫度、風力等信息。有關人士說，火星車內部有一個小型的化學實驗室，會把自行采集的巖石等樣本，放到里面進行光譜分析，得出化學成分。當然，火星車最為理想的使命，是能把采集到的空氣、土壤、水分等樣品，帶回地球，作為研究火星的珍貴實物資料。當然，要完成這樣的任務，難度相當大，只能依靠下次探測計劃了。

人什么時候能去火星

移民火星，目前只是美好愿望。不久前，國外有個叫“火星一號”的組織，在全球范圍內海選出7人，要送到火星去觀光，但不保證能回來，該計劃最終破產。

搭乘飛行器去火星，按現在的技術實力，9個月才能到達，而且不能立即返回，在上面等待窗口到來，需要兩年多，因此往返時間接近4年。這期間，人處在空氣稀薄、極度寒冷、輻射強烈、沒有生物的險惡環境中，生活保障和身體防護相當困難。所以，改進飛行器，縮短往返時間，是實現人登上火星的關鍵。

今年5 月8 日，我國新一代載人飛船試驗取得圓滿成功。從發射到安全著陸，只用了不到3 天時間，新一代載人飛船表現堪稱完美，鋪就了通往太空的新“天路”。這艘具有國際先進水平的天地往返運輸飛船，是為載人登月和構建空間站而造。未來2 年～3 年，我國還要進行11次這樣的飛行試驗。

這種飛船既然可以載人登月，那能否飛得更遠點，去探測火星呢？對此，我國航天工程副總設計師張柏楠表示，載人登月和載人去火星，都是以11.2千米/秒的第二宇宙速度往返，只要具備載人登月能力，就有把握去火星。而且，我國之前進行的飛船試驗技術，可用于火星探測工程。科技人員下一步還將開展有關技術研究，使其應用向智能自主方向邁進。

當然，從目前的技術手段等方面看，載人登上火星還比較遙遠，短期內，我們能看到的是從火星采回的樣品。專家預計，在2030年前后，我國將實施火星采樣返回和木星探測任務。為盡快實現這一宏偉目標，科學家正緊鑼密鼓地進行關鍵技術攻關呢。