“天問一號”如何飛向火星

◎摘編 火玥

在2020年4月24日的“中國航天日”上，中國火星探測任務確定了任務名稱——“天問一號”。“天問一號”如何飛向火星，它的背后都有哪些故事？讓我們一起來看看！

中國將行星探測任務命名為“天問”系列

一、“天問”系列的行星之旅

“天問”只是中國火星探測任務的名稱嗎？不，它將是中國未來行星探測任務共有的名稱。兩千多年前，我國偉大詩人屈原在他的長詩《天問》里寫道：“日月安屬，列星安陳”，兩千多年后，中國的“天問”系列將組建一支強大的“行星艦隊”，攬星九天，為這個古老的問題作出自己的回答。

“攬星九天”任務標識

此前，美國就數次以一個系列完成了多個行星探測的任務。例如，NASA的“水手”系列在1962年～1973年11年時間里探測了火星、金星和水星，“水手”11和12號（“旅行者”1號和2號）探訪了外太陽系的4顆行星，“水手”系列可以說探測了整個太陽系。

“水手”10號探測器

“旅行者”1號和2號

“天問一號”火星探測起點高

“天問一號”軌道器示意圖

著陸巡視組合體的工作過程：著陸火星、分離火星車、火星車開展巡視探測

二、“繞、落、巡”三大任務

“天問一號”將是我國自主發射的第一顆火星任務探測器，將利用1次發射完成“環繞”“著陸”“巡視”火星這3大任務，也就是所謂的“繞、落、巡”。

環繞通過環繞器（軌道器）來完成，例如目前在軌的NASA火星勘測軌道飛行器，就在環繞火星的過程中展開探測任務。我國的“天問一號”會包含1個環繞器，完成至少1年的環火星探測。

此外，“天問一號”將通過一個著陸巡視組合體來完成著陸和巡視兩項任務。著陸巡視組合體包含進入艙（著陸架）和火星車兩部分，進入艙負責著陸，而火星車負責科學探測。

三、“胖五”火箭的實力擔當

飛向遙遠的火星，首先需要有更強大的火箭。

火星和地球都是環繞太陽的行星，兩者的距離會不斷變化：地球和火星位于太陽兩側時最遠距離大約4億千米，而位于太陽同側最近時也有5460萬千米。即使是火星最近的時候，也是地月距離的150倍。

要知道，探測器去火星并不是直線飛過去的，而是通過火箭將其送入橢圓軌道，在圍繞軌道運行過程中與火星“相遇”。因此，“天問一號”去火星，“嫦娥五號”去月球，都必須依賴運輸能力更強大的“胖五”火箭——“長征五號”大推力運載火箭。

2020年1月19日，負責發射“天問一號”的火箭——“長征五號遙四”火箭的氫氧發動機完成了總裝出廠前的最后一項驗證，即將轉入火箭總裝階段。這意味著“天問一號”終于得到了出發的保障。

2019年12月27日，“長征五號遙三”火箭發射升空

目前公開的中國火星探測器實拍照片

阿根廷深空站35米天線及附近地形

四、超遠距離的通訊挑戰

火星最遠時距離地球4億千米，是地月距離的1000倍。距離越遠，不僅信號傳輸時間越長，更重要的是信號衰減也越劇烈。無論探測器飛得多遠，都能“抓得住”“收得到”，這是我們邁向星辰大海的前提和保障。相比月球，遙遠的火星顯然為地球與探測器之間的通訊帶來了更大的挑戰。

與火箭和探測器保持通訊需要強大的地面站，或者說數目更多、分布更廣、口徑更大的地面天線。中國已經初步組建了自己的深空測控網，目前，我國深空測控網由中國西北部喀什地區35米深空站、中國東北部佳木斯地區66米深空站和位于南美洲阿根廷的35米深空站組成 。未來，我國還將繼續強化測控網的建設，向著更大、更多、更廣的目標邁進。

佳木斯深空站66米天線和喀什深空站35米天線

五、著陸火星的巨大風險

順利飛到火星附近，地面站也沒和探測器失聯，對于一個著陸任務來說，只是成功了一半。著陸火星比著陸月球要危險得多，這很大程度上是因為火星有大氣層。盡管火星大氣層很稀薄，表面大氣壓只有地球的6%，但也足以形成一個“屏障”，讓毫無防備的探測器在著陸之前被燒壞，因此，火星也曾被稱為“探測器墳場”。但也不是說火星大氣沒有一點好處，火星大氣的存在讓著陸任務有了利用大氣摩擦減速和使用降落傘減速的空間，這些都能緩解之后使用反沖火箭減速的壓力。

總之，相對于簡單直接的月球著陸任務，火星著陸任務有很多復雜的步驟。例如，著陸組件得先被放進隔熱盾里保護起來，降落傘要能打得開、撐得住，減速到一定程度隔熱盾還要打得開、拋得掉…… 而這些都得靠探測器自主判斷和完成。任何一個操作環節出現問題，都可能會讓探測器無法成功著陸。這對于第一次嘗試著陸火星的中國來說，顯然是巨大的挑戰。

掃描二維碼看“天問一號”火星探測及其標識釋義

不過，“嫦娥工程”從“嫦娥一號”到“嫦娥四號”的四次任務逐步實現了月球的環繞、著陸和巡視，中國航天人積累的實戰經驗和科學技術人才，為中國火星任務和接下來的深空任務打下了牢靠的基礎。讓我們一起為“天問”系列加油！