跟著“天問一號”去探險

明志

2020年7月23日12時41分，“天問一號”啟程奔赴火星。“天問一號”不僅有個美麗的名字，更是我國首個自主研制的火星探測器。它在海南文昌發(fā)射場搭乘“胖五”（長征五號遙四運載火箭），順利出發(fā)，開啟了我國首次火星探測任務(wù)。現(xiàn)在，我們就一起跟隨“天問一號”去火星探險，解開火星之謎吧。出發(fā)——

我們對火星有多少幻想

對于火星這顆類地行星，人類的幻想實在太多了。古代中國人相信天人感應(yīng)，即上天會用某種方式對人間做出示警。火星就曾被當(dāng)作上天用來示警的信號。有這樣一個有趣的記載：公元534年初夏的一天，因為太史報告“熒惑入南斗”——火星運行到了二十八宿中的南斗宿，70多歲高齡的南朝梁武帝光著雙腳到金鑾殿下去跑了一圈，這是當(dāng)時帝王祈禱以求除災(zāi)的方式。因此，民間諺語稱：“熒惑入南斗，天子下殿走。”

現(xiàn)代，科幻大師雷·布拉德伯里則用他詩意浪漫的筆觸寫下了《火星編年史》。書中，火星人殺害了早期到來的地球人，但水痘卻讓火星人面臨崩潰。人類終于在火星站穩(wěn)了腳跟后，得知家鄉(xiāng)發(fā)生核戰(zhàn)，又義無反顧地回到了地球。可以說，這部小說里包含了人類探險、擴張、歸鄉(xiāng)的所有歷程。

在關(guān)于火星的影視作品中，《火星救援》最有名氣。電影里的宇航員馬克因為同事誤判，被單獨留在了火星上。他利用火星的土壤和從地球帶來的生土豆，同時從自己的糞便中獲取養(yǎng)料，從火箭燃料里分解出來的氫氣得到水，成功地在火星上種出了土豆。

為什么行星探測任務(wù)首探火星

原因很簡單：火星對人類具有非常重要的意義。在太陽系的八大行星中，火星是除了金星以外，距離地球最近的行星，而金星的環(huán)境過于惡劣，人類根本無法在上面生存。

除了距離近，火星還是太陽系中最近似地球的天體之一：火星赤道平面與公轉(zhuǎn)軌道平面的交角與地球相仿，所以火星也有類似地球的四季交替;火星的自轉(zhuǎn)周期為24小時37分，這也和地球相似;火星的潛在資源豐富，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，火星的南北極存在不亞于地球上格陵蘭島的淡水資源，火星的土壤中廣泛存在2%～3%的水分，還存在一定有機物分子......

這些都讓人類對火星充滿了好奇，也寄托著希望。因此，科學(xué)家通過發(fā)射探測器了解火星的情況、獲取信息，希望能夠幫助人類更好地研究地球的演變與未來發(fā)展，并以此為起點，尋找地球之外適宜孕育生命的星球。

此外，火星引力較小、距離小行星帶和太陽系外圍空間更近，在火星上發(fā)射火箭和深空探測器的總成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于在地球發(fā)射，是人類未來深空探測發(fā)展中航天基地的最佳選擇。2020年4月24日，國家航天局宣布將中國行星探測任務(wù)正式命名為“天問系列”，首個火星探測器被命名為“天問一號”。這也意味著，我國首次火星探測任務(wù)正式開始，為未來探測更遠(yuǎn)的行星做出第一步嘗試。

早在2300多年前，著名愛國詩人屈原就用一首長詩《天問》發(fā)出了對宇宙洪荒、天地自然的疑問：“日月安屬？列星安陳？”問的就是太陽、月亮安放在什么上面，浩繁的群星又是怎樣陳列的。盡管現(xiàn)代天文學(xué)已經(jīng)可以非常精確地回答這一問題——太陽系的引力維系著八大行星繞其公轉(zhuǎn)，然而關(guān)于生命、人類、太陽系乃至宇宙的起源，還有太多的未解之謎。這也是中國行星探測任務(wù)“天問”名字的來源，“天問一號”瞄準(zhǔn)火星的成功發(fā)射拉開了我國向更遙遠(yuǎn)的宇宙深處探尋的序幕。

去火星探測難度有多大

在科學(xué)家看來，這次火星探測任務(wù)的實施時間很緊，并且地球與火星之間距離遠(yuǎn)、通信延時大，火星空間環(huán)境復(fù)雜、表面地形地貌陌生，火星探測難度之大可想而知。從距離上看，地球和月球平均距離為38萬千米，對于人類而言，這已經(jīng)極其遙遠(yuǎn)了。而地球與火星之間最近的距離為5500萬千米，最遠(yuǎn)超過4億千米，是地月距離的千百倍。有人比喻，讓火星探測器精準(zhǔn)著陸，難度相當(dāng)于“從巴黎擊出一只高爾夫球，落在東京的一個洞里”。從時間上看，由于地球與火星的相對位置在不斷變化中，不可能沿著地球和火星之間最短的距離徑直飛向火星，而是需要借助地球的公轉(zhuǎn)速度，沿著一條連接地球和火星的橢圓形軌道，將飛船“甩”到火星，這就是“霍曼轉(zhuǎn)移軌道”。

要想沿著這樣的軌道飛行，需要等待地球、太陽的連線和火星、太陽的連線大約呈70°夾角。此時，在地球上發(fā)射探測器，才能保證其順利抵達(dá)火星軌道。這樣的時機就是“發(fā)射窗口”。它并不是一個確定的時間點，而是一個時間周期，每26個月才有一次，2020年7月就是這樣的“發(fā)射窗口”。如果錯過一次，只能再等兩年多了。

我國做了哪些準(zhǔn)備

火箭：2015年，最強火箭長征五號實現(xiàn)突破，是“天問一號”的可靠“司機”。

軌道設(shè)計：2012年，嫦娥二號探測器已經(jīng)實現(xiàn)飛越日地拉格朗日點、飛越圖塔蒂斯小行星和進(jìn)入深空7000萬千米的壯舉。

著陸技術(shù)：在有大氣的情況下著陸，我們有神舟1-11號飛船;在無/稀薄大氣的情況著陸，我們有嫦娥三號和嫦娥四號。

深空通信：深空通信網(wǎng)初步建成，另有萬噸級遠(yuǎn)望號航天測量船輔助。2018年，我們還發(fā)射了人類唯一的地月通信中繼衛(wèi)星“鵲橋號”。

火星車：我們已經(jīng)有了玉兔號和玉兔二號月球車，其中，玉兔二號已經(jīng)工作近兩年。“鵲橋號+嫦娥四號+玉兔二號”在月球做出的實踐代表著足夠的工程可行性，將它們?nèi)诤显偻度胩剿骰鹦堑娜蝿?wù)，將創(chuàng)造人類火星探測史的新高度。

到今年10月，“天問一號”已經(jīng)完成了“一個億的小目標(biāo)”！這是怎么回事呢？原來，“天問一號”的飛行路程已經(jīng)達(dá)到一億千米了。更值得開心的是，它順利地在天空中實現(xiàn)了“變道”。小讀者或許會提出疑問：“天問一號”離火星還有多遠(yuǎn)？有專家預(yù)言：2021年春天，它就能到達(dá)火星了。