天問一號，走出地球

張小紅

2020年4月24日，中國國家航天局在2020年中國航天日線上啟動儀式上公布：首次火星探測任務(wù)被命名為“天問一號”，后續(xù)行星任務(wù)依次編號;“天問一號”火星探測器將于2020年7月下旬擇期發(fā)射，開啟創(chuàng)造世界歷史的“繞、落、巡”三位一體探測任務(wù)。

去火星尋找生命，是一個老生常談的話題，但抵達火星不是一場說走就能走的旅行。受天體運行規(guī)律約束，每隔26個月，地球、火星和太陽就會合成一條直線，此時地球與火星距離最短，也是最適合發(fā)射探測器的時間。如果錯過今年，下一次發(fā)射就要等到2022年。

抓住最佳窗口時機，僅是火星探測的基礎(chǔ)條件，火箭的運載能力、入軌精度和可靠性才是火星探測的重要前提。

相比月球探測器，火星探測器要進行更多次、更精確的軌道修正，才能精準地進入火星軌道，到達目的地。如果探測器在地火轉(zhuǎn)移軌道近地點有每秒1米的速度差或1千米的高度差，到達火星的位置誤差就可達10萬千米。這一高難動作被稱為“從巴黎打一顆高爾夫球，一桿落入東京的球洞”。在探測器切入火星軌道的過程中，如果切入點離火星略遠，則無法被火星引力捕獲;如果切入點太近，則可能闖入火星大氣層導(dǎo)致墜毀。1999年，美國火星氣候軌道器在入軌時，就因混淆了英制和公制單位造成了導(dǎo)航誤差，使其距離火星太近而被燒毀，真正是“差之毫厘，失之千里”。

如何把探測器中的火星車從火星軌道降落到火星表面，則是更大的挑戰(zhàn)。月球與地球之間平均距離約為38萬千米，而火星與地球的最近距離約為5500萬千米，最遠為3億至4億千米，因此火星對探測器的測控能力要求極高。火星距離地球越遠，信號越弱，且兩者距離還有至少10分鐘的信號延時。探測器進入火星軌道和著陸的關(guān)鍵時間，只能依靠研究人員提前輸入數(shù)據(jù)，由探測器自主判斷，相當于“盲降”。在這個階段，探測器的防熱措施是否可靠，降落傘、氣囊和緩沖火箭等能否按程序工作至關(guān)重要，整個過程被稱為“恐怖7分鐘”，許多探測器都在此處功虧一簣。2016年10月20日，歐洲“火星生物學(xué)-2016”中的“夏帕雷利”在著陸前與地面失聯(lián)，原因是僅1秒的計算失誤，造成降落傘與防熱罩提前分離，導(dǎo)致撞毀。

進入火星大氣層后，著陸的巡視器還要進行氣動外形、降落傘、發(fā)動機、多級減速和著陸反沖軟著陸等一系列工作。環(huán)繞器將為火星車提供中繼通信鏈路，并開展環(huán)繞科學(xué)探測。此時，才算真正意義地完成了火星探測的“繞、落、巡”任務(wù)。

所以，我國一次發(fā)射就實現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸和巡視探測三大任務(wù)，是世界航天史上的第一次。之所以敢大手筆進行嘗試，是因為我國已建成僅次于美國的深空測控網(wǎng)。2018年10月，中國科學(xué)院國家天文臺在天津武清站新建70米高性能接收天線，它是完成中國火星探測器科學(xué)數(shù)據(jù)接收任務(wù)的關(guān)鍵設(shè)備，也是亞洲在建最大的單口徑全可動天線。按計劃，該天線將于2020年10月具備火星探測的數(shù)據(jù)接收能力。也就是說，在“天問一號”火星探測器前往火星的路途上，天線就可以接收其發(fā)回的信號了。深空測控網(wǎng)技術(shù)的成熟，意味著我國將逐漸擁有在地球和宇宙間近乎無死角的深空通信能力。

雖然說實現(xiàn)火星探測的難度，遠遠超過“上九天攬月”，但人類走出地球、探索宇宙的夢想，始終不曾遺忘。正如《下一站火星》中說的那樣：“走出地球似乎是我們從渺小邁向偉大的必經(jīng)之路。”