火星，中國來了！

賀詩

2020年7月23日12時41分， 中國在文昌航天發射場用長征五號遙四運載火箭成功發射首次火星探測任務“天問一號”探測器

7月23日12時41分，我國在海南文昌航天發射場，使用長征五號遙四運載火箭將我國第一顆火星探測器“天問一號”發射升空，隨著“天問一號”順利進入預定軌道，中國歷史上首次火星探測器的發射任務取得圓滿成功。

接下來，“天問一號”將在約7個月后飛抵火星附近，并實現“繞、著、巡（火星環繞、著陸和巡視探測）”三大目標。

“天問一號”的升天，也標志著中國邁出了行星探測的第一步。

歷史上還沒有一次實現“繞、落、巡”三大目標的先例

火星堪稱全球最熱門的“行星旅行地”，但人類“探火”的歷史進程并不順利。

7月20日，阿聯酋火星探測器“希望”號在日本發射升空，這次“天問一號”升天，則是人類歷史上第46次火星探測活動。

除去最近的兩次，在總共44次火星探測任務中，成功的只有23次，而這其中完全成功的更是只有19次。

在“探火”歷史上，只有蘇聯嘗試過兩次以“繞、落、巡”為目標的發射任務，均為1971年。結果這兩次任務都只取得部分成功，未能完成全部三項目標。

火星景象。視覺中國

此前接受媒體采訪時，航天科技集團五院火星探測器總設計師孫澤洲也指出，“世界上從來沒有哪個國家一次同時實現（這三個目標）。”

中國為“天問一號”制定的探測任務，正是“繞、落、巡”，即通過一次發射，就同時實現火星環繞、火星著陸和巡視探測。

為完成這樣的艱巨任務，組成“天問一號”的軌道器、著陸器和火星車總重達到5噸左右，是我國迄今為止最重的探測器。在“探火”項目正式獲批立項的2016年初，我國的火箭甚至還沒有能力將如此重的探測器送入太空。直到2016年11月3日，“長征五號”火箭首飛成功，中國才算有了“探火”的初步資格。

正是因為這個原因，中國空間技術研究院技術顧問、中國科學院院士葉培建在接受媒體采訪時曾表示，我們丟失了2013年的窗口，失去了2015年的窗口，也不可能在2018年探測火星，絕對不能夠再失去2020年的窗口。

葉培建所謂的“窗口”，指的是火星發射的最佳時間。因為火星相對地球距離遙遠，最遠時超過4億公里，最近時也有5500萬公里，考慮到風險、成本等因素，探測器到火星的最佳路線為1925年提出的“霍曼轉移軌道”，采用這種軌道的航天器，從低軌道轉移到高軌道過程中，途中只需兩次發動機點火推進，相對而言更加節省燃料，被認為是目前效率最高的“探火”路徑。

NASA發布火星表面“金伯利”地區景觀。該地區的地質特征表明曾遭受流水侵蝕。視覺中國

然而該軌道每26個月才能出現一次，所以每隔26個月左右才能遇到一次探測火星的窗口期。

2020年的7月到8月，正是科學家經過精密計算，得出的“探火”窗口期，這也是阿聯酋和美國的火星探測計劃均集中這個時間段的原因。

孫澤洲說，因為受限于窗口期，“天問一號”的研制工作稱得上時間緊任務重，“在全體參研參試人員‘高質量、高效率、高效益的工作下，我國首次火星探測任務才得以順利進行。”

接下來的7個月，“天問一號”要干什么？

目前，仍在工作的火星探測軌道器有6個、著陸巡視器兩個。其中，軌道器為：美國的“火星奧德賽”“火星勘測軌道器”“火星大氣與揮發物演變”，歐洲的“火星快車”和“微量氣體軌道器”，印度的“曼加里安”;著陸巡視器為美國的“好奇號火星車”和“洞察號著陸器”。

“天問一號”能否加入它們的行列，若要獲取肯定的答案，至少需要等待7個月左右。

在接下來的7個月里，“天問一號”要闖過哪些難關？

中國首次火星探測任務新聞發言人、國家航天局探月與航天工程中心副主任劉彤杰在接受媒體采訪時表示，探測器發射成功只是第一步，要圓滿完成此次任務，“天問一號”還要經歷地火轉移、火星捕獲、火星停泊、離軌著陸和科學探測等多個階段。

地火轉移和火星捕獲，是指“天問一號”發射升空后，先在地球附近加速，進入此前所述的“霍曼轉移軌道”慣性飛行，等到達火星附近時“剎車”減速，最終被火星捕獲。目前，“天問一號”已經在切入“霍曼轉移軌道”的路上。

“天問一號”一旦被火星成功捕獲，探測器就會在環火軌道上運行，成為一顆繞火衛星。接著，探測器就開始進入火星停泊階段。

所謂火星停泊，并不是指停在火星軌道上不動，而是在固定軌道上繞火飛行。這個階段要持續幾個月，“天問一號”將在此期間使用地面控制環繞器上的高分相機對首選著陸區進行詳細勘察，并拍照成像。

一旦該階段完成，“繞、落、巡”三大任務中的“繞”即宣告完成。接下來，則是更為激動人心的離軌著陸階段。

雖然火星大氣非常稀薄，但由于“天問一號”著陸器下降時的速度高達每小時18000公里，與大氣摩擦依然會產生上千攝氏度的高溫。

另外，與月球著陸不同，火星軟著陸動力下降過程時間很短，而地面測控時延十幾分鐘，因此要求控制系統具有更高自主性和實時性。屆時，“天問一號”的火星車將開啟全自動駕駛模式，自主完成減速、懸停，避開火星表面復雜地形后，緩緩降落至火星表面。

這一過程難度極大，此前一些國家的火星探測計劃，就是在這短短的幾分鐘內“折戟”失利。

隨后，“天問一號”將完成“繞、落、巡”三大任務的最后一步——巡。劉彤杰總結說，探測工作主要包括照相（傳回火星圖像）、測物質（探測火星表面物質構成）、測環境（探測火星磁場環境等情況）、看內部（探測火星淺層地質結構）、看氣象（測風、測溫、測氣壓、測聲音）等。

未來期待國際合作，建立月球科研站

火星是太陽系里與地球最為相似且距離較近的行星，探測火星、了解火星起源和演化，有助于人類進一步認識地球和太陽系的形成和演化，預測地球的未來變化趨勢。因此，火星成為目前除地球以外人類研究程度最高的行星。

中國空間技術研究院研究員龐之浩指出，人的火星探測起步于20世紀60年代，由于政治、科技、經濟、技術等原因所致，“探火”可分為三個發展階段。

第一個階段是1975年以前。這是 “探火”的首次熱潮，共進行了23次發射。美國和蘇聯的競爭有其政治目的，但“探火”的成果依然顯著。

第二階段是1976—1990年。在這個時期，只有蘇聯進行了兩次火星探測器發射，且都發射失敗。形成這種局面的主要原因是兩個超級大國都轉移了戰略重點，美國大力發展航天飛機，蘇聯則大力發展空間站。

20世紀90年代至今則為第三個階段，這屬于“探火”的第二次熱潮，共進行了19次發射。同時，這次探火熱潮主要以科學為目的，在這段時間內，歐洲航天局、印度分別成功探測火星。而且火星探測的整體成功率大為增加。

我國火星探測也正是起步于這個階段。在“嫦娥一號”任務取得圓滿成功（2007年）之后，業內專家即開始謀劃我國深空探測后續發展。2010年8月，8位院士聯名向國家建議，開展以遠深空探測的綜合論證，國防科工局立即組織專家組開展了發展規劃和實施方案論證，航天科技集團五院的院士、專家團隊積極參與論證工作，對實施方案進行了三輪迭代和深化，最終于2016年1月正式立項實施。

4年多后，文昌航天發射場，“天問一號”一飛沖天，中國就此站在了“探火”最前列。

那么，中國后續的深空探測任務還有哪些？

國家航天局探月與航天工程中心主任劉繼忠表示，火星探測的起步，代表了中國在深空探測領域已確定了下一個方向，中國的行星探測形成了整體概念。他透露，“天問”系列探測任務還將繼續，我國計劃在2030年左右進行第二次火星探測任務，也會繼續推動小行星探測和木星、土星等更遠星球的探測工程。

“除了行星探測，深空探測還包括月球探測和太陽探測。今年，我國將發射嫦娥五號進行月面采樣返回，這是我國探月工程三期的收官之戰，后續還將探測月球南極，已規劃嫦娥六號、嫦娥七號和嫦娥八號等任務，未來也期待與國際同行合作，建立月球科研站。同時，對太陽的探測也會采取多種方式進行。”劉繼忠說。

責編：呂江濤 lvjiangtao@ceweekly.cn

美編：黃河浪