乘風破浪 天問火星

◇ 崔軼斌

2020年7月23日12時41分，我國自行研制的長征五號遙四運載火箭搭載中國首次火星探測任務“天問一號”探測器，在文昌航天發射場點火升空.火箭飛行約2 167秒后，成功將探測器送入預定軌道.“天問一號”在飛行4天之后，于2020年7月27日，利用搭載的光學導航敏感器，獲取了地球與月球的合影.在歷經約7個月的飛行之后，“天問一號”將抵達火星，進行為期2～3個月的環繞飛行，最終在火星表面著陸.“天問一號”將針對火星展開表面形貌、土壤特性、物質成分、水冰、大氣、電離層、磁場等科學探測.“天問一號”的成功發射，標志著我國在宇宙深空探測領域實現了巨大的跨越.

圖1 “天問一號”探測器成功發射

圖2 “天問一號”1∶1火星車

圖3 “天問一號”傳回首張地月合影

人類從未停止過對外太空的探索.除了發射航天器去地球的衛星——月球探索以外，人類曾多次展開了對咱們的好鄰居——火星的探索.截止到2020年7月20日，在阿聯酋發射“希望號”火星探測器之前，人類展開的針對火星發射航天器的任務共計46次，而成功的僅有28次.其中有11次在飛離地球引力束縛的路上就失敗了，有5次在前往火星的路上“失聯”，永遠“沉默”在浩瀚的宇宙中.在去火星的旅途中會遇到什么樣的艱難險阻，導致人類探索火星的腳步受到重重阻礙呢?

根據高中的物理知識，我們不難理解，想要實現探測器環繞火星飛行并最終著陸，首先必須被火星“捕獲”.但由于火星的質量較小，因此其引力捕獲的范圍也比較小.如果要實現在火星上著陸，必須對繞行軌道進行極其精確的計算和把控.我國在北斗導航系列衛星超高精度的發射中積累了豐富經驗，因此這一難題迎刃而解.其次，火星與地球的距離在5 000萬千米到4億千米不等，即使是最近的5 460萬千米，也是月地平均距離的140多倍.長路漫漫，如果在變軌和速度調整時“差之毫厘”，在探測器抵達火星時，這種差距會被成千上萬倍地放大，最終“謬以千里”.同時，如此遙遠的距離，會導致探測器與地球之間的通信信號變得非常微弱.因此，早在發射“嫦娥”系列探月航天器之前，我國就開始著手建立“深空探測網絡”通信系統.到2015年，我國的航空航天團隊已經可以測量到47億千米以外，前往冥王星探測的“新地平線號”探測器發出的信號.在探測器被火星順利“捕獲”之后，由于火星與地球之間遙遠的距離，通信存在十多分鐘的延遲，因此就需要提前在探測器中注入指令，按照預定的計劃操控探測器.不過這對于發射過多次航天器的我國航天團隊來說也不是難事.在“天問一號”抵達火星，準備著陸時，會經歷可怕的“黑色7分鐘”.在這短短的7分鐘之內，“天問一號”要穿越稀薄的火星大氣，將速度從2萬千米·秒－1降至0，而且全程自主完成，人力無法干預.在著陸后，火星獨特的大氣環境和極端的天氣可能會對航天器造成一定的影響.不過隨著人類技術的提升，這些問題也都得到了很大程度上的解決.

每26個月，太陽、地球、火星會排成一列，呈一條直線.每15～17年，火星處于近日點，從地球上觀測火星，亮度最高.2020年10月14日是觀測火星的最佳時機.當你在深秋的夜晚，抬頭仰望東方時，我國派出的“天問”使者已經在赴約的路上，讓我們一起期待一場美麗的相遇吧!