天問：向火星進發

席金合

首次火星探測行動

2020年7月23日，我國用自主研發的新一代最大運載火箭——長征五號，成功發射了火星探測器——“天問一號”，計劃一次性實現對火星開展環繞探測、著陸地表和實地巡視三大目標。這將是全世界首次火星探測三合一計劃，而這也是我國首次火星探測行動。

火星與地球同為繞日公轉的行星，雖然是地球的近鄰，但相距十分遙遠，并且各自運行速度不同，因此，向火星發射探測器，必須選擇它與地球距離最近的時機，而這樣的機會每隔26個月才有一次。這個時機火星與地球的相對位置，形象地被稱為發射窗口。2020年是非常好的窗口期，除了我國還有其他國家也在躍躍欲試。

探測器升空進入外太空后，漸漸遠離地球，重力幾乎為零，不受任何引力的束縛，基本上是自由自在地做慣性運動，很少消耗燃料。經過長途飛行，探測器將于2021年2月進入火星的引力場范圍內，受火星的吸引而著陸火星。因此，探測器能否被火星的引力場捕獲十分關鍵，這需要探測器不斷修正軌道，找準時機，主動與火星牽手。如果捕獲失敗，探測器將與火星擦肩而過，淪為太空中的“流浪者”，一切努力會前功盡棄。

當飛行器被成功捕獲后，它就進入火星環形軌道，再按照地面發去的指令，調整位置和姿態，就像偵察衛星環地球運行那樣，開始環繞探測作業，獲取火星上的氣象、地質和天文資料，并轉換成電波信號發回地球，通過科學家分析研究，初步探明火星表面情況。

驚心動魄的7分鐘

“天問一號”在奔向火星的漫漫旅途中，一直高速飛行，著陸前只有把速度降下來，才能平穩落到火星表面。在接近火星時，它必須在7分鐘內將時速從2萬千米降到落地時為零，并完成安全降落和著陸。這段時間雖短，但最驚險、最艱難，直接關系整個任務的成敗。

人類的火星探測起步于1 960年，到2020年6月底，全球共實施了44次探測火星活動（其中美國21次、蘇聯及后來的俄羅斯19次），其中僅成功24次。所以，探測火星十分不易，主要原因是火星距地球遙遠，環境復雜，一旦發生問題，數據傳輸時延太大，需要探測器自主應對。

火星整個著陸過程分為四步：首先是氣動減速，高壓氣罐突然向飛行相反方向放氣，產生一個強大的反推力，把速度從4.8千米/秒減速到460米/秒，相當一個空中急剎車;接著，降落傘打開，在1.5分鐘內速度再減到之前的1/5;隨后進入動力減速階段，反推火箭點火，開始反向噴射煙氣，再次產生一個反推力，將速度降到像人騎自行車那樣;剩下的最后1 00米，采用特定的制動手段，把速度減得更慢。這時，離火星已經近在咫尺，著陸器在慢慢降落的同時，對火星表面進行觀察，為選定著陸點做準備。如果發現大坑或巨石，它要調整位置避開，確保安全落地。

使命重大的火星車

“天問一號”探測器由環繞器和著陸巡視器兩部分組成。

環繞器是前面提到的沿火星環形飛行的探測裝置;著陸巡視器是實地勘探裝置，將在火星表面軟著陸，并釋放火星車。火星車類似于月面探視裝置——月球車，這個有兩張飯桌大的家伙，具有超級智能機器人的本領，能在火星表面自主行走，并用光譜儀和相機等6種先進儀器進行精細巡視、拍照和重點勘查。到時候，我們通過火星車發回的信息，來證實火星上有河流、古生物化石，甚至外星人等傳聞，一些不實傳言將不攻自破，并獲得新發現和可靠的天文知識。

火星上的一天比地球稍長，大約是24小時37分鐘。火星車的設計壽命為火星上的90天，也就是地球上的3個月。在這段時間內，火星車的命運存在許多未知，將受到意想不到的火星天氣和宇宙環境的嚴峻挑戰，比如火星車會遇到什么地形，能否安全行駛，遇到塵暴用什么手段躲避，這些都值得人們拭目以待。

對可能出現的問題，除了科技人員事先做猜想性研究外，還要根據屆時發回的信息，隨機妥善處置，確保火星車順利完成任務，安全度過具有非凡意義的90天。

據悉，火星車內部有一個小型化學實驗室，會把自行采集的巖石等樣本放到里面進行光譜分析，測出化學成分。當然，火星車最為理想的使命，是把采集到的空氣、土壤、水分等樣品帶回地球，作為研究火星的珍貴實物資料。

人什么時候能上去

火星很早就是人類尋找的移民目的地。火星與地球有許多相似之處。例如，地球上的一天是23小時56分鐘，非常接近火星的24小時37分鐘;地球公轉軌道面和赤道面夾角是23°27，火星是25°11，有幾乎相同的季節變化。這些相似性都表明，火星是適宜人類改造的最好居住候選行星，何況距離還如此之近。

當然，火星不利于生存的條件也非常明顯，比如氣溫寒冷，平均溫度為-60℃～-40℃;再比如火星表面比地球表面具有較強的宇宙高能粒子輻射，引力只有地球的38%，大氣壓力僅為地球的1%。在移居之前，人類還需經過大規模的環境改造。

再看旅程。搭乘飛行器去火星，按現在的技術實力，9個月才能到達，而且不能立即返回，在上面等待窗口期到來需兩年多，因此往返時間接近4年。這期間，人處在火星險惡的環境里，生活保障和身體防護相當困難，所以改進飛行器、縮短往返時間，是實現人登上火星的關鍵。

從目前看，載人登火星還比較遙遠。專家預計，在2030年前后，我國將實施火星采樣返回和木星探測任務。

移民火星雖然遙遠，但值得期待。