施佬胡謅：“天問一號”即將出發！人類為何如此執着探索火星？_風聞

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7月24日，中國火星探測器“天問一號”即將由長征5號運載火箭發射，開始進行我國首次完全自主組織實施發射的火星探測任務。雖然距離探測器抵達火星還有好幾個月的時間，但對於中國乃至世界的火星探測工程而言，這無疑是極為重要的一個里程碑。

人類對於火星的觀測歷史可以追溯到公元前，但是對火星的探索是最近60年才進行的事情。畢竟火星是距離地球最近的太陽系行星之一，同時也是環境和地球相對接近，探測相對容易的一顆行星。雖然咱們中學地理課背書的時候説“水金地火木土”，金星距離地球也相對較近，但是金星上大氣壓是地球的90倍，最高氣温可達480度，對於探測器而言過於惡劣，加上人類對於火星在過往的好奇實在是太旺盛了，什麼火星上的運河、火星人入侵地球，甚至殖民火星，反正既然老喜歡編排火星，因此在對其他行星的探測中，探測火星當仁不讓就排在第一位。

不過雖説火星和地球的距離“較近”，但對於當代航天飛行而言依然是個不小的挑戰，地球和月球之間的38萬公里距離已經算不小了，火星和地球之間最近的時候也要5500億公里，最遠的時候更是要達到4億公里，因此人類探測火星也要選擇合適的時機。作為太陽的兩顆行星，當火星處在太陽和地球之間，且三者處於一線的時候自然是火星和地球距離最短的時候，天文學上稱之為火星衝日。在此期間發射探測器可以將旅行時間縮至最短且最大程度地節省燃料。按照火星和地球的公轉週期，平均每26個月左右會迎來一次火星衝日，因此各種火星探測活動大都在火星衝日前後，而平均每15-17年一次的火星大沖前後，火星和地球的距離會進一步縮短，因此火星大沖又是火星衝日中探測火星的最佳時機。當然對我們來説，最近的一次火星大沖是2018年7月27日，已經趕不上了；下一次則要到2035年9月16日，又太遠了趕不上。

也正是因此，火星探測是一個非常講究時機的活動，現在各國的火星探測器也是兩年一次“扎堆發射”，比如7月20日，阿聯酋首個火星探測器希望號就搭乘日本H-2A運載火箭升空，之後7月30日，美國還計劃再發射一輛“毅力”號火星車到月球。在冷戰高峯期的時候，美蘇兩國甚至會在一個火星探測窗口期內各自發射3-4個火星探測器，以提高探測的成功率。畢竟這玩意兒可不是觀察員會員那樣可以“下次一定”，兩年一次的機會那是絕對不能錯過的，蘇聯甚至出過火星探測器因為錯過了發射窗口，被迫“大材小用”用於月球探測的情況。

不過長期以來，火星探測因為技術難度大、成本相對較高，且科學研究的實用意義相對有限，因此一度被視為發達國家的“專利”，人類20世紀進行的所有火星探測發射中，除了1998年日本一次燃料耗盡沒有抵達火星的希望號探測器是日本發射的以外，其餘的37個探測器全部是美蘇兩國以及蘇聯的繼承者俄羅斯發射的。從1960年10月10日蘇聯進行第一次探測火星的嘗試以來人類全部的50多個探測器中，絕大多數也都是美蘇及俄羅斯進行的。不過即使如此，以兩個超級大國為代表的火星探測的成功率也只有43%，火星探測在技術上的難度之大可見一斑。

在成功的這些火星探測活動中，依據對火星探測的方式不同，可以分成這麼幾種：一種就是技術相對最簡單的繞火星探測，也就是發射的探測器在經過地火轉移軌道飛到火星後成為其衞星，依靠拍攝照片和其他遙感探測手段對火星進行探測，另一種則是火星表面登陸器，也就是將探測器發射後，通過一定的減速手段降落到火星表面，相比在天上隔着火星大氣遠遠看個熱鬧，落到火星表面的探測器能夠和火星零距離接觸，還能直接從火星表面的土壤上取樣進行分析，雖然能探測的範圍遠不如繞火星的探測器，但探測的細緻程度則要上一個台階。而比起固定的探測器，能夠自行機動的火星車則能夠探測比火星表面登陸器更大的火星表面，技術水平和研製難度自然要更高一層。

早期的火星探測器都是單純的繞火探測器，上世紀70年代以後，美蘇也都開始發射帶有登陸器的火星探測器，這種“買一送一”的探測方式效率較高，因此直到現在，各國的火星軌道探測器大都會攜帶一個或大或小的登陸器，扔到火星表面上去碰碰運氣；至於火星車，1996年，美國發射了人類第一輛火星車“旅居者”號，它裝在一個三角錐型的着陸器“探路者”號之中，在着陸器登陸成功並展開後自行駛出，這種能夠在火星上邊走邊探測的設備很受美國火星研究人員的喜愛，因此隨着火星探測技術的不斷成熟，火星車也在一代代發展中越造越大。1996年發射的第一代的“旅居者”只有65釐米長，差不多是一個微波爐那麼點兒，而到了2003年第二代的“勇氣”號和“機遇”號，尺寸就增大到1.6米，差不多有一輛電動車那麼大小了；至於2011年發射的“好奇”號火星車就達到了3米，已經相當於一輛微型麪包車了，這也成為目前人類在火星上最為複雜和先進的探測設備。

相比美蘇、俄羅斯和歐空局，由於技術的限制和綜合國力的差距，中國在包括火星探測在內的整個深空探測領域起步都比較晚。在探測火星之前，按照先近後遠，先易後難的思路，中國在2003年上馬了被稱為嫦娥工程的中國探月工程，按照“繞”、“落”、“巡”、“回”的順序，先後發射嫦娥一號到嫦娥五號的月球探測器，並計劃在嫦娥五號發射成功後再視情況展開後續的月球探索任務。

在這一系列任務中，中國航天精打細算的特點表露無疑，比如原本用於繞月探測的嫦娥二號探測器在2011年完成繞月探測任務並達到設計壽命後，為了物盡其用，中國航天先是將嫦娥二號探測器派往前往距地球約150萬公里遠的日－地拉格朗日L2點，對太陽實施探測，同時進行測控技術等試驗。再是讓其從最近僅3.2公里的地方掠過4179號小行星執行探測任務。最後還讓其進一步執行深空探測任務，並在2014年年中就抵達了距地球1億公里遠的距離。

在火星探測任務上，由於技術更難，投資更大，加上中國在火星探測領域沒有先例，因此中國選擇了國際合作作為探火的開端，中國火星探測也分為“繞”、“落”、“巡”、“回”四個階段，其中的第一階段，即軌道器環繞火星進行探測原計劃是由中國製造的軌道器螢火一號，搭載在福布斯-土壤火衞探測器上，通過“搭便車”的方法，由俄羅斯發射來完成“繞”步任務，螢火二號來完成“落”步任務，不過與螢火一號共同發射的福布斯-土壤火衞探測器卻是命途多舛，先是發射時間從原計劃的2009年推遲到2011年，讓2008年就完成初樣的螢火一號多等了兩年；再是2011年福布斯-土壤火衞探測器2011年發射後因為設備故障，導致探測器未能脱離地地軌道進入地火轉移軌道，最終和搭載的螢火一號一道在2012年墜入太平洋。

螢火一號的發射失利打亂了中國火星探測的節奏，也讓原計劃登陸火星的螢火二號一度進退失據。印度在2013年發射了曼加里安號火星軌道探測器，並在10個月後成功進入火星軌道。雖説曼加里安號在技術上沒有特別的亮點，1.35噸的探測器上63%的重量是燃料，只有15千克的載荷，能進行的科研內容很有限，軌道調整和通訊定位更是外包給了美國NASA，算是一個很典型的政績工程。但它確實首開了發展中國家探測火星的先河，也讓熱衷於“趕超中國”的印度着實高興了一把。

當然中國的火星探測不是為了和印度較勁去的，不過在螢火一號之後，中國的確調整了火星探測的計劃，第一是決定不再借助他國運載器，而是使用中國國產的長征系列運載火箭系統來發射深空探測器任務，第二則是得益於國產長征五號較大的運載能力，這次的火星探測器不用像螢火一號一樣斤斤計較，只有115千克，最終中國選擇了將“繞”、“落”、“巡”三階段任務一次性完成的方案，即在探測器上同時佈置軌道器、着陸器、巡視器三個部分，先進行繞月探測，然後放下着陸器進行火星登陸，最後在放出着陸器內的巡視器，也就是火星車，進行火星表面的巡視和科學考察活動。這一項目在2014年珠海航展上正式展出，一度被暫時命名為“火星一號”，隨着任務進展，2020年4月24日，該任務最終命名為“天問一號”。

作為全世界第一款同時配有軌道器、着陸器、巡視器的火星探測器，“天問一號”的要求和技術水平都很高，天問一號總重量達到5噸，火星軌道飛行器重量3175公斤，可以容納13個不同用途的有效載荷，同時，着陸器上攜帶的巡視器也重約240公斤，堪比美國第二代的“勇氣”號和“機遇”號火星車，也能進行大量的科學考察任務。

7月15日，“天問一號”火星探測器運抵海南文昌航天發射場，7月17日，探測器與長征五號運載火箭結合後，從垂直總裝測試廠房轉運至101塔架。隨後，在7月24日前後，“天問一號”將根據實際情況擇機發射，按照計劃，進入太空的探測器將繼續沿着地火之間的霍曼轉移軌道飛行200余天，在2021年2月末按照計劃到達火星軌道。順利到達火星後，火星車將停留90個火星日，開展巡視探測、火星地貌特徵研究等多項任務。

作為中國完全自主火星探測的第一步，“天問一號”如果完全成功，無論是對我國還是人類的火星探測事業，都具有相當重大的開拓意義。它將成為世界上第一個同時成功對火星實現“繞”、“落”、“巡”的探測設備，也將讓中國將成為世界上第二個在月球上擁有自己的火星車的國家。更重要的，則是宣佈中國作為一個正在努力衝向世界航天第一梯隊的後來國家，在關乎人類未來命運和發展方向的宇宙深空探測和火星探測領域做出自己重要的貢獻。當然，探索火星真的是道阻且長，我們還是靜候“天問一號”的好消息吧。

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