“天問一號”：期待著陸火星

付冰冰

“夢想看似遙遠，只要堅持，總會到達。”2020年7月23日，從海南文昌我國首個自主發射的火星探測器“天問一號”正式開啟前往火星的征程。

7個月后，據國家航天局2021年2月24日6時29分消息，首次火星探測任務“天問一號”探測器已成功實施第三次近火制動，進入近火點280千米、遠火點5.9萬千米、周期2個火星日的火星停泊軌道。

接下來，“天問一號”探測器將在軌道停泊約3個月，其間運行環繞器的7臺載荷將全部開機，開始科學探測。同時，載荷中的中分辨率相機、高分辨率相機、光譜儀等將對預選著陸區地形地貌、沙塵天氣等進行詳查，為擇機著陸火星做好準備。

太空探測，艱巨而意義非凡

4億多公里太空遠航，7個月的長途跋涉，“天問一號”的使命是什么？

“突破火星環繞、著陸、巡視探測等關鍵技術，實施環繞和巡視聯合探測。開展火星采樣返回、小行星探測、木星系及行星穿越探測等的方案深化論證和關鍵技術攻關，適時啟動工程實施，研究太陽系起源與演化、地外生命信息探尋等重大科學問題。”

早在5年前，國務院新聞辦公室發布的《2016中國的航天》白皮書就給出了答案。當今世界，越來越多的國家高度重視并積極參與航天事業發展，航天技術已廣泛應用于人們日常生活的方方面面，對人類社會生產生活方式產生重大而深遠的影響。和平探索和利用外層空間是人類不懈的追求。

中國政府認為，和平探索、開發和利用外層空間及其天體是世界各國都享有的平等權利。世界各國開展外空活動，應有助于各國經濟發展和社會進步，應有助于人類的和平與安全、生存與發展。中國主張在平等互利、和平利用、包容發展的基礎上，加強國際空間交流與合作。

這份《白皮書》同時彰顯了中國政府以人類命運共同體為出發點推動航天事業發展的美好愿景，“中國不斷加快推動航天事業發展，積極開展國際空間交流與合作，使航天活動成果在更廣范圍、更深層次、更高水平上服務和增進人類福祉。同各國一道，不斷把人類和平與發展的崇高事業推向前進，是中國不懈的追求。”

2021年2月24日6時29分，首次火星探測任務“天問一號”探測器成功實施近火制動，進入火星停泊軌道。（圖片來源：國家航天局）

2月10日，隨著“天問一號”駛入環火軌道，密切關注“天問一號”的阿聯酋、俄羅斯、英國、美國、奧地利等國家的航天界人士紛紛表示祝賀，并憧憬未來同中國加強國際合作，科學家們都在等待它傳回地球的數據和信息。

從太陽系的“三環”飛到“四環”

廣袤的宇宙，璀璨的星系，神秘的太空。仰望星空，如果以太陽系為參考，地球在太陽系第三條軌道，火星則處于第四條軌道。

“就像從三環行駛到四環。”中國科學院國家天文臺研究員鄭永春以上述比喻形象地概括了“天問一號”的火星之旅。中國科學技術協會與中國科學院計算機網絡信息中心聯合出品的科普動畫詳細模擬出“天問一號”的整個“行程”。

長五運載火箭的起飛質量約870噸，需經歷“助推器分離、整流罩分離、一二級分離、二級一次關機、二級二次點火”這五個步驟之后，才能把總重約5噸的“天問一號”直接送入地火轉移軌道。

接下來的地火轉移飛行過程中，“長五”需完成“器箭分離、展開太陽能帆板”的既定動作，經過約六個半月的地火轉移飛行，最終抵達火星附近。

抵達火星軌道時的“天問一號”由軌道器、著陸器和火星車三部分組成。

進行近火制動時，“天問一號”將組合體剎入環火星軌道，入軌2至3個月后，著陸地點考察完畢。

隨后，著陸-巡視組合體與軌道器分離，此時，著陸-巡視組合體以4.8千米/秒的速度進入火星大氣層、釋放減速傘、拋棄隔熱盾、展開起落架、分離降落傘，反沖火箭減速、懸停閉障，著陸火星表面，釋放火星車。按照預定方案，“天問一號”將于今年5月至6月實現火星軟著陸，火星車將在著陸一個星期后駛出著陸平臺，開啟中國首次火星“漫步”。

據資料顯示，火星車高1.85米，重約240千克，車上攜帶6種科學儀器，將對火星進行深入探測，為期90個火星日。

環繞器會持續為火星車提供中繼通訊，并通過攜帶的7種科學儀器，完成約一個火星年的環火星科學探測。

登陸火星，需經歷“黑色七分鐘”考驗

今年春節期間，“天問一號”成功實現“繞、落、巡”的關鍵第一步——“繞”。

“從地球抵達火星，正好是我們中國人合家團聚的農歷春節期間，‘天問一號首先要在抵達火星的時候做一個關鍵動作，就是要把從地球飛到火星的第二宇宙速度減下來，被火星的引力捕獲，這個時候它進入環繞火星大橢圓軌道，然后進一步做一些軌道和姿態的調整，并進一步減速，使這個大橢圓軌道逐步縮小。”鄭永春對“天問一號”的“繞”做了詳細解釋。

鄭永春表示，“天問一號”在“繞”的過程中，不斷降低環火軌道高度，使它逐步靠近火星，成為環繞火星的人造衛星。當探測器進一步調整軌道到環繞火星的工作軌道之后，對火星表面進行遙感探測的工作就開啟了。

“此時航天器上的各種科學儀器、監測航天器工作狀態的一些檢測設備都會開機工作，一方面要監測航天器本身的工作狀態，另一方面要獲取火星大氣、火星表面地形地貌、火星表面物質成分、火星的磁場、重力場等一些科學探測數據，科學家就可以通過這些數據了解整個火星的情況。再到一定階段，它就會進入火星的大氣層，當然軌道器仍然留在火星上空，只是著陸器進入火星大氣層，這個時候著陸器迎來‘黑色七分鐘考驗，能不能成功登陸火星，關鍵在此一舉。”鄭永春說。

拓展閱讀：

自“天問一號”2020年7月23日從海南文昌起航以來，截至2021年2月25日，已經向地球傳回3次照片。

2020年7月27日，在距離地球約120萬公里時，“天問一號”拍下一張回望地球的照片，這張利用光學導航敏感器獲取的照片，清晰地記錄下地球和月球的合影——茫茫太空中，地球與月球呈新月狀交相輝映。

2020年10月1日，中國探月工程官方公布多張“天問一號”自拍照，圖上的五星紅旗光彩奪目，呈現出鮮艷的“中國紅”。

2021年2月5日，在距離地球1.84億公里、距離火星110萬公里的位置，飛行了4.65億公里的“天問一號”傳回它拍攝的第一張火星照片，作為新春禮物送給14億華夏兒女。

火星會是人類的第二家園嗎？逐漸接近旅行目的地的“天問一號”，將帶著人們關注的眾多問題尋找答案。