人類“探火”，步步驚心

奔向火星的過程中，最大的難點在于“恐怖7分鐘”，即著陸巡視器在進入、下降與著陸過程中，要在7分鐘內將探測器速度從2萬千米/小時降低到零，這需要每個環節都必須精準無誤，其難度不亞于“在巴黎打一個高爾夫球要落到東京的一個洞里”。

7月23日，搭載著“天問一號”火星探測器的長征五號遙四運載火箭在中國文昌航天發射場成功發射。這是我國首次自主探測火星。得益于多項新技術的應用，我國有望成為全世界首個同時實現火星環繞、著陸和巡視的國家。

歷史上，火星探測成功率僅43%

火星是太陽系中距離地球較近、自然環境與地球最為類似的行星之一，一直以來都是人類深空探測的熱點。60年前，人類就開啟了對火星的探險之旅。

1960年10月，蘇聯向火星先后發射了兩枚探測器——“火星1A”號和“火星1B”號。但可惜的是，“火星1A”號發射之后第三級火箭點火失敗，僅飛至距地面120千米就報廢了;“火星1B”號的火箭引擎則直接爆炸，空中落下的碎片甚至污染了整個發射場。

美國對火星的探索也是開端不利。1964年，剛剛成立不久的美國國家航空航天局發射了“水手3號”火星探測器。當穿過地球大氣層時，探測器的一個保護盾未能推出，結果所有的探測儀器都沒能打開，美國的第一次嘗試宣告失敗。

直到1964年10月，美國“火星4號”火星探測器向地球傳回了人類史上第一張有關火星表面的最近距離的圖像，同時回傳的還有500多萬個比特的科學信息。可以說，這一次任務開啟了人類空間探索的新時代。

接下來的幾年，蘇聯向火星附近發射探測器又經歷了幾次失敗。 進入21世紀，用軌道器探測火星迎來了黃金時代。美國、歐洲航天局相繼成功發射了火星探測器，印度也加入到火星探索競賽中，發射了首顆“火星軌道任務”探測器。然而，人類探測火星的征程并未就此一帆風順。2011年，俄羅斯的“火衛-土壤”星際探測器由于發動機出現故障，未能將其送入飛往火星的軌道，所搭載的中國火星探測器“螢火一號”也一同宣告“探火”失敗。

數據顯示，自1960年以來，美國、蘇聯（俄羅斯）、日本、歐洲和印度先后進行了44次火星探測項目，但成功和部分成功的任務僅有23次，完全成功率是43%，其余的項目都出現探測器撞毀、失靈或失蹤。什么是部分成功？全國空間探測技術首席科學傳播專家龐之浩解釋說：“如蘇聯‘火星3號探測器，在降落火星后只發回20秒信號就失聯了，有專家說成功，也有人說不成功。”

國產神器破解“恐怖7分鐘”

在未來，火星幾乎是唯一存在移民可能性的行星。這也是世界各國熱衷探索火星的重要原因。我國火星探測雖然起步晚，但是起點高。“天問一號”火星探測任務的最大亮點是通過一次發射實現火星環繞、著陸和巡視三項任務，即一次完成“繞著巡”。這在人類火星探測史上是前所未有的。

面對遙遠而未知的星球，“天問一號”奔赴火星的旅程中不可避免地要經受新環境的考驗。現有資料顯示，火星上大氣稀薄，有風場、塵暴、火面地形地貌等，基礎數據非常少，而且不確定性大，嶄新的行星際空間環境使得原本風險極高的探測任務難上加難，而最遠長達4億公里的距離以及超遠距離帶來的通信延時等問題，同樣約束著探測器的發揮，探測器要求有非常強的自主能力。此外，火星成功進入和著陸、測控通信，火星車能源、熱控、火面移動等一系列設計難題，也給探測器研制帶來方方面面的巨大挑戰和不確定性。

奔向火星的過程中，最大的難點在于“恐怖7分鐘”，即著陸巡視器在進入、下降與著陸過程中，要在7分鐘內將探測器速度從2萬千米/小時降低到零，這需要包括氣動減速、降落傘減速和反推減速等多種減速手段融合實現，每個環節都必須精準無誤，其難度不亞于“在巴黎打一個高爾夫球要落到東京的一個洞里”。為此，中國運載火箭技術研究院所屬航天材料及工藝研究所研制了專門的新型熱防護材料結構。這種熱防護材料結構由超輕質的蜂窩增強低密度燒蝕防熱材料和超輕質的燒蝕防熱涂層材料組成，探測器著陸的時候，材料表面與火星大氣摩擦并發生復雜的物理化學反應，帶走大量的熱量，有效保護探測器不被燒壞。

今年火星為啥這么“火”

幾乎是前后腳，7月20日凌晨，阿聯酋“希望號”火星探測器成功發射。3天后，中國的“天問一號”火星探測器在海南島東北海岸成功飛天。幾天后，美國“毅力號”探測器也將奔向火星。

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稱，由于2020年正值地球發射火星探測器的窗口期，美國、中國、阿聯酋3個國家將在火星地表采樣、區域巡視性探測、熱大氣層測量等方面執行探測任務，從而為生命起源及演變、探索人類新家園等方面的研究提供重要支撐。

“雖然美、中、阿三國都在2020年夏執行火星探測任務，但由于技術水平、項目進度、科研側重點等方面的不同，各國的探測任務執行上存在一定的差別。”耿言說。

據耿言分析，除中、美、阿三個國家，歐盟、俄羅斯、印度等雖然于今年并未明確火星探測計劃，但也已擁有一定的技術基礎或項目支持。總體來看，隨著2020年三大“探火”項目的相繼開展，針對以火星為代表的深空探測項目，相關國家會持續加大投入力度，從而在這一涉及“地外資源”的未知領域中占據優勢。比如，歐盟和俄羅斯原計劃于今年執行“ExoMars2020”任務，用于評估火星的地質景觀及其微觀組成，以及嘗試挖掘埋藏在火星地表下的生命元素。

然而，由于俄羅斯方面的傘降系統以及歐洲方面的飛行軟件存在一定風險，該計劃最終被推遲到2022年執行。對此，兩國官方的聯合聲明表示，歐洲國家新冠肺炎疫情普遍惡化影響了“ExoMars2020”研制的最后階段。耿言稱，鑒于雙方從2016年起便開始相關合作，技術積累較為充足，未來將在深空探測領域有一定的競爭力。

另外，值得一提的是印度。印度今年重點任務中有太陽探測計劃，起點更高、技術難度更大，一旦成功將有力提升印度的國際地位。

（《中國新聞周刊》等）