三國齊齊赴火星，天上事啟迪人間事！

姜浩峰

馬斯克的“星艦”藝術(shù)渲染圖。

在美國要求中國關(guān)閉駐休斯敦總領(lǐng)事館，以及中方反制——要求美國關(guān)閉駐成都總領(lǐng)事館之際，美國國家航空航天局（NASA）向中國發(fā)來祝賀。7月24日，NASA科學(xué)任務(wù)理事會副局長托馬斯·祖布肯（Thomas Zurbuchen）對外宣稱：“祝賀中國‘天問一號團(tuán)隊成功發(fā)射首次火星探測任務(wù)。全球科學(xué)界期待這次任務(wù)能為人類了解這個紅色星球提供數(shù)據(jù)，帶來貢獻(xiàn)！”從祖布肯的言辭中，無疑看出了人類世界美好與希望的一面。

火星因表面有大量氧化鐵，而呈現(xiàn)紅色，也被航天領(lǐng)域人士昵稱為紅色星球。在美國與蘇聯(lián)冷戰(zhàn)的年代，航天競爭成為冷戰(zhàn)“高邊疆戰(zhàn)略”爭奪的要地。其中一大爭奪項目，就包括美蘇誰能率先接近、登陸紅色星球。如今，美國國內(nèi)一些反華力量在叫囂中美可能的所謂冷戰(zhàn)已開之際，起碼，從來自祖布肯的祝賀，可以看出另一種可能性——美蘇冷戰(zhàn)結(jié)束之后，美俄在航天領(lǐng)域有過一些合作，也有許多競爭。中、美、俄以及歐洲、日本等國，在過去二十多年中，同樣面臨合作與競爭。中國人民大學(xué)國際關(guān)系學(xué)院國際政治系教授李巍談如何構(gòu)筑中美新型關(guān)系時強(qiáng)調(diào)——“未來中美關(guān)系一個基本的形態(tài)，就是承認(rèn)競爭的事實，在競爭當(dāng)中不斷拓展我們合作的空間，形成一種良性競爭加深入合作的狀態(tài)。”

三國齊“探火”，巧合還是必然？

在中國長征五號遙四運(yùn)載火箭將“天問一號”火星探測器送入預(yù)定軌道之前，阿聯(lián)酋“希望號”火星探測器已于阿聯(lián)酋時間7月20日凌晨 1 時 58 分（北京時間 7月20日凌晨5時58分）在日本種子島發(fā)射升空。搭載“希望號”的是日本三菱公司的H-IIA運(yùn)載火箭。繼阿聯(lián)酋、中國之后，美國也將在7月末發(fā)射“毅力號”火星車。

在NASA將同位素?zé)犭姵匮b入這款核動力、配備“機(jī)靈號”無人直升機(jī)的新一代火星車之際，NASA局長吉姆·布萊登斯汀（Jim Bridenstine）也發(fā)表了一番講話。比之祖布肯看似單純祝賀中國“天問一號”的話來，布萊登斯汀之言顯得頗為耐人尋味。布萊登斯汀說：“隨著中國將加入火星國際科學(xué)探索者的隊伍，美國、歐洲、俄羅斯、印度以及即將到來的阿聯(lián)酋，將歡迎你們來到火星，開啟激動人心的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之年。祝‘天問一號一路順利！”

布萊登斯汀的言下之意，美國、歐洲、俄羅斯和印度都是人類探測火星的先行者，而阿聯(lián)酋也領(lǐng)先中國一個身位。

作為目前世界上唯一的超級大國，也是人類航天領(lǐng)域的先行者之一，美國確實實力雄厚。亦是最早在諸如火星探測這樣的深空探索領(lǐng)域發(fā)力并有所成就的大國。早在20世紀(jì)60年代，美國就率先將火星探測器發(fā)射到火星軌道——1965年7月14日，“水手4號”在火星表面9800千米上空掠過火星，向地球發(fā)回了21張照片，開啟了人類首度成功的“探火”之旅。至今為止，美國仍是人類世界最成功的火星探索者。中國在這方面是后來者、學(xué)習(xí)者。

中國火星車效果圖。

俄羅斯早在蘇聯(lián)時期，從1960年開始向火星發(fā)射探測器。盡管失敗的次數(shù)較多——從20世紀(jì)60年代到90年代，蘇聯(lián)經(jīng)歷了十余次“探火”失敗，但起碼1971年11月到1972年3月，蘇聯(lián)“火星2號”在火星軌道傳回了照片。行星物理學(xué)博士、中國天文學(xué)會會員魯暘筱懿則認(rèn)為，2002年，俄羅斯科學(xué)家研究出火星奧林匹斯山上有大量冰，以及火星南極藏有1000萬平方公里的冰面，是一大成果。中國也曾讓試驗性的火星探測器“螢火一號”搭載俄羅斯火箭升空，可惜失敗。總體說來，中俄在航天領(lǐng)域，目前仍有一些探索合作的項目。

提及“探火”合作，歐洲航天局的“火星快車”，是2003年6月2日，由俄羅斯“聯(lián)盟-FG”號運(yùn)載火箭在哈薩克斯坦拜科努爾衛(wèi)星發(fā)射場發(fā)射升空。

而印度的“曼加里安號”僅重1.35噸，比起中國重達(dá)5噸的“天問一號”來，顯然是個“小家伙”。且“曼加里安號”只是繞火星飛行，這一點，與如今借助日本火箭發(fā)射升空的阿聯(lián)酋“希望號”有些類似。

中國則將有可能成為繼美國之后，第二家真正的火星登陸者。若能成功，它將是全球首個同時完成火星環(huán)繞、著陸和巡視探測三大任務(wù)的火星探測器。登陸火星，確實難度很大。目前，美國、俄羅斯、歐盟都進(jìn)行過火星著陸，但只有美國完全成功過。近些年來的火星登陸失敗案例——譬如計劃于2016年10月19日登陸火星的斯基亞帕雷利EDM登陸器。這一歐洲空間局（ESA）與俄羅斯聯(lián)邦太空總署（Roscosmos）合作項目，由于登陸器與火星高速碰撞，導(dǎo)致任務(wù)失敗。

由此可見，國情不同，各國發(fā)射火星探測器的手段也不盡相同——或借助有發(fā)射力量的國度過一把火星探測癮;或考慮自身綜合國力先發(fā)個“小家伙”。這些都只是希望將探測器發(fā)射到火星軌道。

如果自身綜合國力夠強(qiáng)大，則就會想方設(shè)法讓一次次“探火”之旅變得更完美，甚至通過一次發(fā)射實現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸并開展火星表面地理探測，收集數(shù)據(jù)。然而，無論如何，阿聯(lián)酋、中國、美國選擇在2020年7月發(fā)射火星探測器，仍是基于發(fā)射窗口的考慮。

與火星相比，地球距離太陽更近，環(huán)繞太陽一周需要約365天，火星則需要約687天。公轉(zhuǎn)周期的差別導(dǎo)致地球和火星之間距離時刻處于變化中，從5500萬千米到4億千米不等。從地球視角來看，二者每約780天才有一次“近”距離遙遙相會。

因此，火星探測器的發(fā)射時間要求很苛刻，必須在每次地球和火星“會合”之前幾個月、火星相對于太陽的位置領(lǐng)先于地球特定角度的時候出發(fā)，瞄準(zhǔn)6-11個月之后火星的位置進(jìn)行發(fā)射。在此期間，地球和火星處于適合展開太空任務(wù)的理想位置，從地球上發(fā)射火星探測器可以縮短抵達(dá)火星耗時，節(jié)省燃料，從而降低火星探測成本。

換言之，但凡近兩年有火星探測計劃的國家，就會希望趕上2020年7月這一趟發(fā)射窗口。特別是從7月23日開始，地球和火星的距離將縮短到1億千米以內(nèi)。說得直白一點，選擇在此期間發(fā)射火星探測器，將更省錢。布萊登斯汀就曾表示，如果“毅力號”火星車錯過今年七八月的發(fā)射窗口期，將付出至少5億美元的損失。

當(dāng)然，阿聯(lián)酋、中國、美國的火星探測器都在7月下旬發(fā)射，也有些巧合的因素。譬如借助日本火箭發(fā)射的阿聯(lián)酋“希望號”，原本計劃7月15日發(fā)射，后推遲到7月17日，再又推遲到7月20日發(fā)射。而美國的“毅力號”火星車最初預(yù)定的發(fā)射日期是7月20日，之后曾推遲到7月22日。最終又推遲到7月末。倒是中國的“天問一號”是在預(yù)定的7月23日發(fā)射成功，一點兒也沒有拖延。

“探火”技術(shù)，大國之力

蘇聯(lián)時期，火星探測成功的案例并不多，在蘇聯(lián)解體之后，俄羅斯仍需要盡可能多地聚攏蘇聯(lián)遺產(chǎn)，才有可能完成火星探測。譬如發(fā)射火箭，就得借助哈薩克斯坦拜科努爾發(fā)射場。

對于美國來說，“探火”之途，也是對其國力的一種測試。特別是諸如2011年將“好奇號”發(fā)射，并于2012年著陸火星后，如何長時間驅(qū)動這輛約900千克的大型火星車，成為各國太空探索愛好者擔(dān)心的問題。然而，在一度停擺之后，“好奇號”竟然起死回生，且原本設(shè)計壽命2年的探測任務(wù)被無限期延長。那時候的美國，盡管經(jīng)歷了金融危機(jī)，但通過火星探測領(lǐng)域的成功，在世人眼里，還是有著“化腐朽為神奇”的范兒的。同時，當(dāng)時的美國在火箭發(fā)射次數(shù)上，自蘇聯(lián)解體以后長期領(lǐng)先世界。在國際空間站領(lǐng)域也是全球獨(dú)一份。還保留了人類登月紀(jì)錄。

中國的情況與美國不同。從1970年發(fā)射中國第一顆人造地球衛(wèi)星，到20世紀(jì)90年代能發(fā)射長征系列火箭，再到2003年實現(xiàn)載人航天，如今探月工程穩(wěn)步推進(jìn)——中國航天，一路追趕著世界先進(jìn)水平。與此同時，中國的綜合國力也在增長。如今“探火”之旅開啟之際，中國自2018年開始，在火箭發(fā)射次數(shù)上超過美國——2018年長征系列火箭的39次發(fā)射任務(wù)全部取得成功。從質(zhì)量上來看，100%的成功率無可置疑;而從數(shù)量上來看，長征系列火箭在當(dāng)年度的39次發(fā)射已經(jīng)超越了美國的34 次，這也是中國航天事業(yè)首度能夠?qū)γ绹鴮崿F(xiàn)數(shù)量優(yōu)勢。2019年延續(xù)了2018年的態(tài)勢。據(jù)統(tǒng)計，2019年全球共進(jìn)行的102次航天發(fā)射中，中國34次、俄羅斯25次（含歐洲航天局“聯(lián)盟號”在庫魯?shù)?次發(fā)射）、美國21次、歐洲6次（不含“聯(lián)盟號”在庫魯?shù)?次發(fā)射）、印度6次、新西蘭6次、伊朗2次（不包含射前爆炸的發(fā)射）、日本2次。2020年以來，中美在火箭發(fā)射次數(shù)上目前難分伯仲。

火箭發(fā)射次數(shù)之多，包括中國能通過大推力的長征五號遙四運(yùn)載火箭將“天問一號”發(fā)射升空，當(dāng)然顯示了自身的實力。但要知道，要完成“天問一號”的諸多任務(wù)，是殊為不易的。無論火星地質(zhì)勘測、用雷達(dá)“透視”幾千米深的地層，以及采集巖石土壤等樣本，繪制火星地質(zhì)結(jié)構(gòu)圖，探測火星磁場，甚至解開火星磁場的演變歷史，絕非只擁有大推力火箭即可——這考驗的是綜合國力。

如果“毅力號”火星車錯過今年七八月的發(fā)射窗口期，將付出至少5億美元的損失。

7月23日發(fā)射“天問一號”之后，中國首次火星探測任務(wù)新聞發(fā)言人劉彤杰說：“技術(shù)突破使我國真正進(jìn)入深空。”而這樣的突破期能加速到來，按照劉彤杰在中國首次火星探測任務(wù)新聞發(fā)布會上所說則是——來自新型舉國體制的優(yōu)勢。

“天問一號”火星探測器的兩臺有效載荷是來自中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所的成果;中國航天科技集團(tuán)有限公司第八研究院承擔(dān)長征五號助推器以及火星環(huán)繞器的總體設(shè)計與研制工作……，目前的中國航天，在改變傳統(tǒng)舉國體制以行政配置資源為主的單一模式，讓市場在資源配置中起決定性作用的同時，保留了集中力量辦大事、加強(qiáng)各種力量的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的能力，以期能達(dá)到實現(xiàn)自主創(chuàng)新、協(xié)同創(chuàng)新、開放創(chuàng)新的有機(jī)互動。

《新民周刊》記者還了解到，除了在中國內(nèi)地的各省市有企業(yè)、科研院所參與“探火”項目以外，香港地區(qū)、澳門地區(qū)同樣有機(jī)構(gòu)參與了中國的火星探測之旅。

三國火星之旅。漫畫/ 崔泓

香港理工大學(xué)與中國空間技術(shù)研究院合作研發(fā)的火星相機(jī)，將設(shè)于著陸器外面頂部，用于監(jiān)視降落火星后巡視器的操作狀態(tài)，包括太陽翼的打開、火星周遭環(huán)境，以及巡視器本身的走動情況。香港理工大學(xué)工業(yè)及系統(tǒng)工程學(xué)系講座教授兼副系主任容啟亮披露，早在2013年“嫦娥三號”升空時，其團(tuán)隊研發(fā)的“相機(jī)指向系統(tǒng)”首次獲國家采用，是第一個由香港地區(qū)制造及開發(fā)、獲國家采用參與探月計劃的科學(xué)儀器。“如今，理大的‘相機(jī)指向系統(tǒng)運(yùn)用到國家的火星探測任務(wù)，證明香港科研具備世界級的創(chuàng)造力，大大提升理大和香港在全國和國際科技界的聲譽(yù)和形象。” 容啟亮說。

澳門同樣對“天問一號”探月做出貢獻(xiàn)。澳門科技大學(xué)月球與行星科學(xué)國家重點實驗室祝夢華副教授2019年7月在《自然》雜志在線發(fā)表論文《重建月球后期吸積歷史》，該研究在月球演化歷史領(lǐng)域取得重大突破，研究成果為“嫦娥四號”的科學(xué)資料分析以及后續(xù)的月球、火星探測任務(wù)提供新的科學(xué)支撐。此后，澳科大獲準(zhǔn)負(fù)責(zé)火星環(huán)繞器工程測量分系統(tǒng)可分離遙測探頭研制生產(chǎn)、數(shù)據(jù)處理及分析工作。

在“天問一號”發(fā)射升空后，中國的大國之力，又通過VLBI測軌分系統(tǒng)得以體現(xiàn)。俗稱“大眼睛”的VLBI測軌分系統(tǒng)，由北京站、上海站、昆明站和烏魯木齊站，以及位于上海天文臺的VLBI數(shù)據(jù)處理中心組成，分辨率相當(dāng)于一臺口徑為3000多公里的巨型虛擬射電望遠(yuǎn)鏡。這一系統(tǒng)，在中國探月工程“嫦娥”本月之旅中已付諸實踐，然而，與“嫦娥”們相比，“天問一號”走的路要遠(yuǎn)得多。月球距離地球只有38萬公里，而火星距離地球最遠(yuǎn)的時候有4億公里。距離越遠(yuǎn)，對觀測的精度要求也就越高。“如果VLBI系統(tǒng)測量月球誤差是幾十米，那么測量火星的誤差就要放大到幾十公里。”上海天文臺研究員劉慶會如此說。如果沒有此前經(jīng)驗上的積累，以及中國地域之大，是無法靠單一國家達(dá)成類似美國“好奇號”或者中國“天問一號”這般登陸火星之旅的。“天問一號”發(fā)射之際，中國的“遠(yuǎn)望號”船隊布陣太平洋不同海域，圓滿完成火箭和環(huán)繞器海上測控任務(wù)。

未來之路，唯有國際合作

與美、中等國相比，阿聯(lián)酋作為阿拉伯世界第一個想實現(xiàn)火星探測夢的國度，顯然只能依靠國際合作之路——在依靠日本火箭發(fā)射的同時，阿聯(lián)酋“希望號”的技術(shù)基本來自美國——在該國火星任務(wù)初期，阿聯(lián)酋便與3個美國大學(xué)以及多個科學(xué)團(tuán)隊合作，其中的NASA火星大氣研究團(tuán)隊從2014年便開始研究火星大氣和氣候。2016年6月12日，阿聯(lián)酋更是與NASA達(dá)成火星探測合作的實施協(xié)議，此后，兩國建立了一個聯(lián)合指導(dǎo)小組，共同探討探索火星潛在項目。此前號稱成功將“曼加里安號”發(fā)射到火星軌道的印度，其探測器的技術(shù)亦來源于美國，測控技術(shù)同樣來源于美國。

由此可見，“探火”領(lǐng)域的獨(dú)立“玩家”，屈指可數(shù)。

“整個地球都在為宇宙探索而振奮，探索宇宙是一個讓全人類聯(lián)合在一起的絕佳機(jī)會，因為太空探索本身是非常耗時和耗費(fèi)經(jīng)費(fèi)的，僅靠一個國家的一己之力，不可能實現(xiàn)全人類的目標(biāo)。” 國際宇航聯(lián)合會（IAF） 費(fèi)辛格博士（Christian Feichtinger）在中國成功發(fā)射“天問一號”后說。

在費(fèi)辛格看來，中國是國際宇航聯(lián)合會中非常重要的成員和活躍的主體，中國已經(jīng)完成了人類歷史上的首次登陸月背，拉近了地球和月球的關(guān)系，火星的探索計劃將會有更多發(fā)現(xiàn)。他對中國的“天問一號”能夠?qū)崿F(xiàn)火星“繞、落、巡”三合一充滿期待。

盡管來自航天第一強(qiáng)國美國，且其太空探索公司（SpaceX）已成為商業(yè)航天的一大標(biāo)桿，可SpaceX創(chuàng)始人馬斯克（Elon Musk）同樣對中國“天問一號”充滿期待。在“天問一號”發(fā)射后，馬斯克不忘在微博為“天問一號”點贊，且送上一句“非常振奮人心”。

馬斯克的夢想是“自己未來死在火星上”。他曾表示，2050年要移民100萬到火星，需要一年建造100艘星際飛船，10年就是1000艘，最終可達(dá)到每年100兆噸或者10萬人的運(yùn)力。

美蘇冷戰(zhàn)結(jié)束后的1993年初，NASA和俄羅斯方面在莫斯科簽署了兩項有關(guān)載人空間飛行和火星探測的合作意向書。協(xié)議詳細(xì)擬定了俄羅斯宇航員搭乘美航天飛機(jī)、美國宇航員搭載俄“和平”號空間站，以及航天飛機(jī)與“和平”號空間站合并對接的飛行任務(wù)。航天專家殷前根回憶，該協(xié)議曾幾度延長。

如今，俄羅斯和美國無論在政府層面還是在商業(yè)公司層面，仍有不少宇航項目合作。譬如2017年9月，美俄簽署協(xié)議，將共建月球軌道空間站。該協(xié)議的遠(yuǎn)期目標(biāo)是實現(xiàn)將人類送上火星。商業(yè)領(lǐng)域，俄羅斯“能源”火箭航天公司今年6月25日宣布，該公司和馬斯克的太空探索公司簽署了協(xié)議，2023年將送兩名游客前往國際空間站。

從世界頂尖科學(xué)家協(xié)會（WLA）聯(lián)合央視新聞共同推出“太空論壇系列”傳出的聲音是——今年以來，阿聯(lián)酋、中國、美國的火星探測器相繼升空，這三項任務(wù)，不僅是各自國家火星探測計劃的里程碑，對于全人類的太空探索也意義重大。如果全人類能夠合作，若能在火星上發(fā)現(xiàn)生命存在的依據(jù)，則有望為星際移民提供依據(jù)。

“人類探測火星60年，44次探索任務(wù)中，只有20余次完全或者部分實現(xiàn)了目標(biāo)。勝率不到一半，這是一個高風(fēng)險，卻是代表著人類最美麗最絢爛航天夢想的存在。” 太空論壇系列傳出的此等聲音，其實也在啟迪地球上生活的人類——我們的共同利益一定大于分歧。努力吧，地球人！

人類“探火”之旅三階段

中國國家航天局探月與航天工程中心深空探測總體部部長耿言曾介紹，人類的探火史可大致分為三個發(fā)展階段。

1960～1970年為第一階段，彼時國際深空探測尚處研究初期，相關(guān)國家主要以火星飛越探測、傳送火星圖片與探測大氣參數(shù)為主，但探測任務(wù)成功率并不高。

1970～1990年為第二階段，美蘇重新展開火星探測活動，以軌道環(huán)繞與著陸探測為主。

1990年代至今則是第三階段，火星探測重新成為深空探測的熱點。以美國為首的多個國家地區(qū)分別開展火星探測活動，探測方式主要為著陸探測，主要目標(biāo)是尋找火星水存在的證據(jù)和生命跡象。