中國首次火星探測的四大看點

本報記者 劉 揚 樊 巍 本報特約記者 柳玉鵬

編者按：7月23日12時41分，我國在文昌航天發射場用長征五號遙四運載火箭成功發射首次火星探測任務“天問一號”探測器，火箭飛行約2167秒後，成功將探測器送入預定軌道，開啓火星探測之旅，邁出我國行星探測第一步。按照計劃，中國將在本次火星探測任務中完成“環繞、着陸、巡視”三大任務。這麼重大的航天任務中，包含哪些重大技術看點，後續又有哪些不能錯過的關鍵節點呢？探測這個紅色星球的意義在哪裏，中國為什麼要探火呢？

看點一：如何一次性完成“繞、落、巡”

當天發射圓滿成功，長征五號遙四運載火箭成功將探測器送入地火轉移軌道，但這只是“天問一號”一次性完成“繞、落、巡”系列任務的第一步。據介紹，火星探測器將在地火轉移軌道飛行約7個月後，到達火星附近，通過“剎車”完成火星捕獲，進入環火軌道，並擇機開展着陸、巡視等任務，進行火星科學探測。

具體來講，任務後續計劃分為以下幾個環節：一是器箭分離後，探測器太陽翼和定向天線相繼展開，在測控系統支持下，飛行約7個月抵達火星，其間進行深空機動和中途修正。二是探測器進入環火軌道並經過制動後，通過2至3個月的環繞飛行後首選進入窗口，其間在着陸區上空對着陸區開展探測。三是探測器擇機實施降軌機動，着陸巡視器與環繞器分離。環繞器升軌返回到停泊軌道，為着陸過程提供中繼通信。四是着陸巡視器進入火星大氣，依次完成配平翼展開、降落傘開傘、大底分離、背罩分離、動力減速、懸停、避障及緩速下降、着陸緩衝等動作，在火星烏托邦平原軟着陸。五是着陸巡視器安全着陸後，火星車與着陸平台解鎖分離。火星車駛離着陸平台，開始巡視探測。環繞器進入中繼軌道，為火星車提供中繼通信，兼顧科學探測。六是火星車完成探測任務後，環繞器進入使命軌道，開展火星全球遙感探測，兼顧火星車擴展任務中繼通信。

據《環球時報》記者瞭解，我國首次火星探測任務起步雖晚，但起點高、跨越大，從立項伊始就明確提出在國際上首次通過一次發射，完成“環繞、着陸、巡視探測”三大任務。如果這一目標能夠在“天問一號”任務中順利實現，我國將成為世界上第二個獨立掌握火星着陸巡視探測技術的國家。

據介紹，首次火星探測任務的工程目標，一是突破火星制動捕獲、進入/下降/着陸、長期自主管理、遠距離測控通信、火星表面巡視等關鍵技術，實現火星環繞探測和巡視探測，獲取火星探測科學數據，實現我國在深空探測領域的技術跨越；二是建立獨立自主的深空探測工程體系，包括設計、製造、試驗、飛行任務實施、科學研究、工程管理以及人才隊伍，推動我國深空探測活動可持續發展。

中國首次火星探測任務的科學目標，主要是實現對火星形貌與地質構造特徵、火星表面土壤特徵與水冰分佈、火星表面物質組成、火星大氣電離層及表面氣候與環境特徵、火星物理場與內部結構等研究。

為了相關科學目標，火星環繞器攜帶7台儀器，火星車攜帶6台儀器，計劃通過一系列科學探測建立起對火星全面而基礎的認識。

全國空間探測技術首席科學傳播專家龐之浩對《環球時報》記者表示，這在人類火星探測史上是前所未有的。採用這種“一舉三得”的探火方式，起點高，效益高，但挑戰大。如果成功，我國深空探測能力和水平將實現跨越式發展，成為世界第3個在火星着陸的國家，第2個在火星巡視的國家。此外，環繞器對火星進行普查，火星車可以在着陸區火星表面詳查，這樣就可以一次性獲得更多成果。

中國航天技術專家黃志澄23日對《環球時報》記者表示，這次任務如果能“一氣呵成”完成三大火星探測任務，將創造一個人類探火的新紀錄，證明中國航天技術已經步入世界先進行列，將是中國航天發展史的一個里程碑。▲

看點二：“胖五”轉正後首次發射

此次發射“天問一號”火星探測器是長征五號火箭第一次工程應用發射，標誌着長征五號火箭關鍵技術已逐漸成熟，具備執行國家重大航天工程任務的能力和條件。在此次“探火”任務中，“胖五”表現亮眼，在飛出中國火箭最快速度的同時，將5噸重的“天問一號”送入地火轉移軌道。

在長征五號火箭出現之前，我國火箭在不同軌道的最大運載能力分別為地球同步轉移軌道（GTO）約5.5噸（長征三號乙火箭）和近地軌道（LEO）約13.5噸（長征七號火箭），長征五號火箭的出現極大提高了這些數字。長征五號火箭總設計師李東介紹稱，“作為我國首型5米芯級直徑的大火箭，長征五號火箭地球同步轉移軌道運載能力可達14噸左右，為建設空間站而研製的長征五號B火箭近地軌道運載能力可達25噸”。

為了確保完成首次工程應用發射任務，“胖五”做了精心準備。根據發射任務要求，“胖五”需要託舉火星探測器加速到每秒11.2公里以上的速度，將探測器直接送入地火轉移軌道，開啓奔向火星的旅程。此次“胖五”發射“天問一號”探測器，在國內首次達到並超過第二宇宙速度，飛出中國運載火箭的最快速度。

對於普通發射任務，1個發射窗口只需要設計1條火箭發射軌道。此次任務則不同。如果把發射比作打靶，發射“天問一號”探測器就是在打移動靶，因為地球和火星的相對位置在不斷變化，只有不斷調整發射軌道，才能讓探測器入軌更精確，在奔火過程中節約燃料。為此，研製團隊共設計42條發射軌道，這在中國航天史上絕無僅有。

據專家介紹，長征五號系列火箭接下來會更加忙碌，比如，長征五號將繼續深空探測之旅，在年內發射嫦娥五號月球探測器實現對月球樣本的採用返回；長征五號B火箭將作為空間站建設的“專屬列車”，在未來2-3年時間內相繼完成空間站核心艙和實驗艙的發射。▲

看點三：中國為何要去探火星

據公開數據統計，迄今為止，人類探火成功率很低。縱觀人類航天史，目前也僅有美國和蘇聯兩國曾成功實現登陸火星，其中美國的“海盜1號”和“海盜2號”火星探測器還是迄今為止唯一成功實現通過一次發射完成環繞探測和着陸探測的探測器。

然而，儘管探測火星是一項高風險的嘗試，卻依舊讓傳統航天大國，乃至非傳統航天大國“趨之若鶩”, 自1996年以來，幾乎每隔26個月的發射窗口都有火星探測器發射任務。而在2020年夏，就有三個國家的探測器會前往火星，分別是阿聯酋“希望”號、美國“火星-2020”和中國“天問一號”火星探測器。

既然探測火星“勝算”不到一半，為何如此多的國家還甘願不計代價“放手一搏”呢？基於人類目前對於火星的認知，火星是離地球較近且環境最相似的星球，一直是人類走出地月系統開展深空探測的前站。在太陽系八大行星中，火星的物理性質和化學性質與地球最為相近。火星主要是由硅酸鹽岩石構成，有類似地球的岩石地表，火星擁有高山、平原和峽谷等多種地形，南方充滿隕石撞擊的高地和峽谷，北方則多是被熔岩填平的平原，由於自轉軸傾角和自轉週期與地球相近，火星的晝夜長短及四季變化與地球也幾乎一樣。

在以往探測中還發現，火星的表面似乎有液態水流過的痕跡，現有證據已表明有水冰存在於火星極地的冰蓋中。水的發現，引發人們對於火星上是否存在孕育生命條件以及火星是地球過去還是地球未來的思考和探索，研究火星對認識地球演變具有非常重要的比較意義。此次中國首次火星探測任務，就將對火星的形貌與地質構造特徵、火星表面物質組成以及火星表面土壤特徵與水冰分佈展開研究。

此外，與地球類似的是，火星周圍也有大氣層。區別在於，火星大氣層的主要成分是二氧化碳，但是人類可以通過技術手段對火星進行“改造”，從火星大氣的二氧化碳中提取出氧氣，這樣不僅可以供人類呼吸，還能製成燃料。

而基於人類現有的航天能力，飛行時間8-10個月即可抵達火星，相比更遠的行星和衞星，探索火星的任務週期更為合適。

因為火星與地球有着較為類似的環境和探火不超越人類技術能力的可行性，使得未來機器人或人類駐守火星成為可能。在載人登月之後，火星也被公認為是人類登陸行星的首選目標。

歐陽自遠院士認為，通過技術手段提高火星表面温度、增加火星大氣濃度等，可以進一步建立火星表面生態環境。

不過，將火星改造成為一個適宜人類生存與發展的綠色星球的遠景是美好的，但具體實施起來十分不易，工程之浩大、成本之巨、技術難度之高、科學實施步驟之複雜是可想而知的，可能需要人類通過幾個世紀艱苦卓絕的努力才能實現。▲

看點四：下個登陸火星的是誰

為了拓展第二家園，開發地外生存空間，從上世紀60年代開始，美國、蘇聯、歐洲以及日本等都競相開始探索火星的歷程。而在火星表面登陸則是探索火星中難上加難的任務，目前只有極少數國家的着陸器與火星車曾登陸火星表面。

中國“天問一號”探測器發射之後，按照計劃，美國“火星-2020”探測器也將攜帶“毅力”號火星車開啓火星之旅。到底哪個火星車與着陸器將成為着陸在火星表面的下一個航天器呢？根據中國官方日前發佈的信息，中國首個火星車高度為1.85米，重約240公斤，設計壽命為3個火星月，相當於92個地球日。專家表示，美國“火星-2020”火星探測器中除了“毅力”號火星車，還攜帶了世界第一架小型無人駕駛直升機“機智”號，它將前往火星車無法到達的區域勘察。

記者根據公開資料梳理了一下人類航天器登陸火星的案例。1971年5月，蘇聯發射“火星3號”探測器，其釋放的着陸器由於遭遇火星沙塵暴，在開始照相掃描22秒後與地球失去聯繫。

1975年8月，美國“海盜1號”升空，其於次年7月釋放的着陸器順利落至火星表面，向地面傳回彩色照片。

1996年12月，美國“火星探路者”號發射。次年7月，其所攜帶着陸器順利落至火星，釋放出“索傑納”號火星車，實現漫遊考察並發現遠古水痕。

2003年，美國“勇氣”號和“機遇”號火星車分別於6月和7月發射升空。2010年“勇氣號”在服役6年後與地球失去聯繫，“機遇”號則於2019年2月14日正式停止工作，為15年探索火星表面之旅畫上完美句號。

2011年11月，美國“好奇”號火星車發射升空。2012年8月，“好奇”號火星車在火星表面着陸，這是人類迄今在其他星球登陸的最精密移動科學實驗室。

2018年5月5日，美國“洞察”號着陸器成功發射，攜帶可深入星表下5米的鑽頭對火星進行深度鑽巖，並進行樣品成分就位分析，實現人類首次探究火星“內心深處”的奧秘。

俄羅斯國家新聞社23日報道稱，俄羅斯齊奧爾科夫斯基航天研究院專家亞歷山大·熱列茲尼亞科夫讚賞中國在火星探索方面的成功時稱，此次中國發射火星探測器不是為了競爭，而是為了科學研究。熱列茲尼亞科夫稱，發射火星探測器對中國來説是里程碑事件，證明中國在航天領域不斷發展，不斷佔據應有的地位。▲