中國太空探索一大步：「天問一號」，目標火星_風聞

美俄太空稱霸過去了半個世紀，火星終於要插上中國國旗了。

北京時間 7 月 23 日 12 時 41 分，中國現役運載能力最強的長征五號火箭，在文昌航天發射中心成功執行中國首次火星探測任務——「天問一號」，中國首個火星探測器搭載「長征五號」遙四運載火箭踏上前往火星的征程。

伴隨着發動機引擎的轟鳴，「胖五」（網友對長征五號系列火箭的暱稱）直衝雲霄，它會將探測器先送往地火轉移軌道短暫停留，為其前往火星的漫長跋涉做準備。預計在今年年底或明年年初，探測器將在火星着陸，展開為期半年的全球性和綜合性探測。

如果任務進展順利，我國的深空探測能力和技術水平將實現跨越式發展，成為世界第三個在火星着陸，第二個在火星巡視的國家。從長遠角度來看，火星探測有助於人類更好地理解地球、利用地球，同時為實現火星殖民的目標奠定基礎。

目標，火星！

自 1960 年前蘇聯向火星發射探測器以來，人類相繼向火星發射了 47 個探測器，相關探測任務基本由美俄獨佔。本來，中國完全有機會在 2011 年奔向火星，卻因「搭便車」失敗滯後了 9 年。

那次的任務是一次中俄聯合的火星探測。中國和俄羅斯分別派出了「螢火一號」和「福布斯-土壤」火星探測器，它們共同搭乘俄「天頂-2SB」運載火箭從拜科努爾發射場呼嘯升空。根據預定計劃，兩國火星探測器先由運載火箭送入太空，隨後俄方探測器應依靠自身動力開始遠航，最終到達火星軌道釋放「螢火一號」。但由於俄方探測器在停泊軌道上姿態失控，最終導致其滯留近地軌道，未能飛出地球墜入海洋。俄聯邦航天署、歐洲航天局曾多次遙控解救，仍無濟於事。

在整個計劃中，俄方擔當着主要角色，中方「螢火一號」探測器需全程藉助俄方載具的運送才能完成任務。那次事件讓中國更加堅定了航天「凡事不能求人」的決心，不僅要有自己的大推力運載火箭，還要從裏到外攻克這項複雜的系統工程。

9 年後，中國航天捲土重來。首次火星探測任務被命名為「天問一號」。

2020 年 7 月 17 日，海南文昌，長征五號遙四運載火箭已垂直轉運至發射區｜視覺中國

與此同時，各國也最近密集地吹響集結號，頻頻向火星進擊。

率先發射的是阿聯酋。其首個火星探測器「希望號」在 7 月 20 日，由日本 H2A 運載火箭從日本鹿兒島發射升空。除了緊隨其後的「天問一號」，美國的「毅力號」也計劃於本月底飛往火星。

美國即將於 7 月 30 日 發射升空的「毅力號」火星探測器｜NASA

為什麼各國要這個時候扎堆發射火星探測器？答案很簡單：抓住火星的最佳發射窗口。一旦錯失良機，至少要再等上兩年。

眾所周知，地球和火星身處太陽系，都圍繞太陽公轉。由於地球在內圈，火星在外圈，且公轉軌道是一個橢圓，導致二者的距離每時每刻都在發生變化。從最近的 5500 萬公里到最遠相隔 4 億公里，為了節省燃料，人類需要在地火相對距離最近時登陸，而這樣的機會每 26 個月才會開啓一次。最近一次恰好是在今年 7 月和 8 月期間。

從地球到火星的霍曼轉移軌道，這樣的發射窗口每 26 個月一次｜NASA

不僅如此，受地球引力的影響，探測器無法實現直線飛行，需要變換軌道才能抵達火星。據瞭解，航天器的火星探測之旅，至少需要完全克服地球引力，超過第二宇宙速度 11.2 千米/秒，抵達時火星引力會將它「收入懷抱」。

天問一號：登火第一步

從地球到火星，航天器首先要從地球逃逸進入地火轉移軌道，期間需要幾次軌道修正，軌道修正的次數取決於逃逸時的位置和速度精度，其次是要成功制動被火星捕獲，才能開展後續的降落着陸。

遙遠的地火距離，是擺在火星探測前的第一道門檻。

雖然着陸平台搭載的火星車，從進入火星大氣層到着陸只有短短的七分鐘，卻被人們稱為「恐怖 7 分鐘」。因為從探測器上發出的電波，經過幾億公里傳到地球后十分微弱，再加上宇宙噪聲，很容易把傳輸信號淹沒掉。所以要完全依靠着陸器的自身本事，探測器也要有較高的自主性。

發射前一天，天問一號着陸平台和火星車終於揭開了神秘面紗。

最受關注的火星車，高度達 1.85 米，重量約為 240 公斤，裝配有 4 個太陽能電池板、探測雷達、磁場探測儀和氣象測量儀，以便對火星進行全方位的探測。車身外形和《機器人總動員》的瓦力有些神似。頂端的方形設備是火星車的「眼睛」，內置了全景相機和多光譜相機，能夠保證火星車規避障礙，自由進行實時探測，同時識別火星上的各種礦物質成分。

中國第一台火星車，它將在火星上開展地表成分、物質類型分佈、地質結構以及火星氣象環境等探測工作｜央視新聞截圖

抵達火星之後，「天問一號」火星探測車不僅要在火星表面進行探測作業，還要將它在上億公里之外的所見所聞傳回地球。

在眾多火星探測車中，最具代表的要屬美國在 2011 年 11 月發射的「好奇號」，其設計壽命是 2 年，不過 8 年多過去了，它的狀況依舊非常良好，因而探測任務被無限期延長。

「好奇號」有一個獨特的優勢，那就是其採用了的核電池，使用壽命遠高於太陽能電池。這個「核動力」電力系統設計的使用壽命為 14 年，但實際上，14 年後它還有 100 瓦剩餘電量。而且，在火星這個沙塵暴頻發的極端天氣下，核電池的性能都要比太陽能電池優越。

和我國一次實現「環繞、着陸、巡視」3 個目標任務相比，「好奇號」的任務是探測火星氣候及地質，探測蓋爾撞擊坑內的環境是否曾經能夠支持生命，探測火星上的水，及研究日後人類探索的可行性。

「天問一號」任務火星探測器着陸後行動動畫模擬圖｜央視新聞

據瞭解，在正式開展探測作業前，着陸平台要載着火星車完成大氣減速下降、落火、延伸坡道。這對自動控制、返回式降落、軟着陸等技術指標，精度要求非常高。否則，探測器要麼到達不了火星軌道，要麼撞到火星上，要麼就會飛越火星。

着陸平台、火星車組合體的工作過程：着陸火星、分離火星車、火星車開展巡視探測｜CCTV

九天微星軌道控制工程師吳霞表示，航天是一項高風險的系統工程，任何一個細節都決定了任務的成敗。只有萬無一失，才能保證任務的成功。人類迄今四十多次探索火星的嘗試中，大部分都以失敗告終，成功率僅為 40%。曾經的中俄聯合火星探測由於俄方衞星在停泊軌道上姿態失控，最終未飛出地球而墜入海洋。

2019 年 1 月 11 日，嫦娥四號着陸器和玉兔二號月球車兩器互拍｜中國探月工程

儘管地火距離更遠、着陸技術難度更大、工程的複雜程度更高，但中國在探月任務中，積累了大量的深空探測經驗，天問一號或將進一步縮短中國與美國、俄羅斯等在深空探測技術方面的差距。

殖民火星「五步走」

根據小火箭創始人、航天專家邢強博士的測算，天問一號預計將在 2021 年 2 月 11 日，也就是 2021 年的大年三十被火星引力俘獲，然後在 2021 年 4 月 23 日，也就是 2021 年的中國航天日前夜，開始實施火星着陸機動。

中國航天科技集團五院火星探測器副總設計師賈陽此前表示，「天問一號」的最大亮點是：將通過一次發射，實現火星環繞、着陸和巡視三項任務，開展對火星全球性和綜合性的探測，並對火星表面重點地區進行精細巡視勘察。採用這種「一舉三得」的探火方式，起點高、效益高，在人類火星探測史上前所未有。

火星是太陽系內除地球外發現液態水存在的行星，也是將來人類最有可能移民外星的選擇之一，所以它成了各國深空探測的主要目標。雖然美蘇先於中國半個世紀探測火星，但在人類探索宇宙的征途上，也僅僅是在萬里長征中邁出了一小步，還需要全人類的共同進步。

九天微星創始人兼 CEO 謝濤認為，提前瞭解火星不僅有助於人類更好地保護和利用地球，更重要的是，地球很脆弱，人類文明只有在另外一個星球上實現生存和繁衍，人類的安全性才能大大提升。從這個角度來講，殖民火星是十分必要的。

目前，火星探測活動均由各國政府主導，屬於公益性航天，不以商業為目的，其發現對人類文明的進步和發展有重要的意義。但要實現殖民火星的目標，勢必要轉化為以商業力量為主導，通過商業回報保證逐鹿太空的可持續性。

2016 年 9 月，埃隆·馬斯克公佈了 SpaceX「火星殖民」計劃，以「星際運輸系統」作為運輸方式｜視覺中國

眼下，美國商業航天公司 SpaceX 正在為可載人登陸火星的星際飛船進行一系列的模擬和試驗。殖民火星是埃隆·馬斯克當初創立 SpaceX 的初衷，也是他的畢生夙願。他預期在 2035 年讓百萬餘人到火星建立殖民地，總投入在 1000 億美元到 10 萬億美元之間。

着眼於實際，謝濤初步判斷，人類殖民火星分為五步走：第一步，用商業可回收火箭極大地降低進入太空的成本；第二步，用 5G 與衞星網絡融合發展，填平信息鴻溝，構建空間信息傳輸平台，同時帶動衞星製造和發射成本的進一步降低；第三步，用太空旅行拉開大眾參與航天的序幕，並使其成本降至 50 萬美金以下；第四步，加大對外太空資源的開發，用小行星採礦獲得更充足的資源和能源；第五步，基於可回收火箭、星間通信網絡、清潔能源資源和巨型載人航天器，最終實現殖民火星的目的。

圖片來源：視覺中國｜責任編輯：於本一

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