“天问一号”向火星进发！

电影《少林足球》里面，有一句经典台词：“地球太危险，你回到火星去吧。”长期以来，不管是科幻作品，还是天文爱好者的畅想，都绕不开火星是人类第二栖息地的话题。

首次火星探测行动

近代，随着科技的发展，各国不断开启火星探测活动。中国国家航天局在2020年4月24日“中国航天日”启动仪式上也公开了中国首次火星探测的任务名称、任务标识。中国行星探测任务被命名为“天问（Tianwen）系列”，首次火星探测任务被命名为“天问一号”，后续行星任务依次编号。按照预定计划，“天问一号”将于2020年7月23日发射，2021年2月11日将飞到火星，火星捕获制动，2 月21 日变轨进入停泊轨道，4月份择机登陆，登陆点在1号地点。此次，“天问一号”由轨道器、着陆器、巡视器三个部分组成，总质量约5 吨。“天问一号”火星探测任务将一次性完成“绕、落、巡”三大任务，这也标志着我国行星探测的大幕正式拉开。

2020 年7 月23 日12 时41 分，我国自主研发的新一代最大运载火箭——长征五号B 携带中国火星探测器“天问一号”成功发射升空，并进入预定轨道。这标志着中国迈出了自主开展行星探测的第一步，也为中国航空后续深空探测任务奠定了良好基础。这次火星探测任务，起点设置很高，自主创新强，不简单重复他国火星探测的老路，体现我国航天技术的新水平，以及航天人的自信。

从理论上来说，从地球到达火星的路线有很多种，但是考虑到时间成本、经济成本和技术限制，我们必须选择一条最佳轨道完成任务，而这条最佳轨道只有在地球与火星相对位置满足合适条件的时候才能实现，这个相对位置合适所对应的发射时间段就被称为“发射窗口”。火星与地球同为绕日公转的行星，虽然是地球的近邻，但相距十分遥远，并且各自运行速度不同。因此，向火星发射探测器，必须选择它与地球距离最近的时机，而这样的机会每隔大约26 个月才有一次，而且一个“发射窗口”约一个多月。

挑战与成功并存

虽然探测器发射成功了，但这其中存在着4 大挑战。第一，冲出地球不代表最终成功。升空并不代表着抵达火星，“天问一号”真正到访火星需要7 个月后，到达预定轨道只是第一步。火星探测器任务，不仅是探测器本身，还考验深空通信技术和远距离控制技术。这不是我们第一次尝试，2011年就曾尝试向火星发射探测器“萤火一号”，当时搭载的是俄罗斯“福布斯-土壤号”火星探测器。一开始两款探测器都已顺利进入太空，但还未到达目的地，就因为变轨失败最终进入了地火转移轨道。

第二，任务高度紧凑。“天问一号”如果成功抵达火星，必须实现“绕、落、巡”这三项任务。而在人类航空历史上，其他国家探测火星通常是将这三个任务拆分开来，分成三个步骤实现：先由火星探测器完成绕火星轨道的高空探查，而后将固定式着陆器分离实现着路，再针对火星表面进行分析，最后再由火星车到达火星表面。而“天问一号”则需要一次性完成这些任务，难度可想而知。

第三，着陆器。“天问一号”的着陆器至关重要，因为它需要执行着陆任务，一旦失败整个器械都会损毁。火星表面有大气，这使得着陆器必须依靠降落伞和反冲发动机的联合作用，才能迅速缓冲速度，将原本每小时上万千米的速度锐减至零水平，确保稳当降落。但这一过程是无法远程监控的，只能依靠设计人员为着陆器研发的高度自主化体系完成，这是一个巨大的挑战。

第四，火星车能源供应。“天问一号”的能源供应也是一个极大的难点。不同于月球，火星与地球相似，有大气就意味着减少了太阳的光作用，这使得火星车的太阳能电池所吸收的电能被减少。不过研究人员透露，此次火星探测器的太阳能电池板比月球车的大，且整体实验设备强调了节能，所以相关人员有信心它能在整个过程中确保能量收集和储备。

8月2日7时整，“天问一号”探测器3000 牛发动机开机工作20秒，顺利完成第一次轨道中途修正，继续飞向火星。探测器升空进入外太空后，渐渐远离地球，重力几乎为零，不受任何引力的束缚，基本上是自由自在地做惯性运动，很少消耗燃料。经过这样长途飞行，探测器将于明年2 月进入火星的引力场范围内，受火星的吸引而着陆火星。因此，探测器能否被火星的引力场捕获，十分关键。如果捕获失败，探测器将与火星擦肩而过，沦为太空中的“流浪”者，一切努力会前功尽弃。

当然，我们都期望能捕获成功，我国航天技术发展水平和广大科技工作者的辛勤付出，给了大家充足的信心。当飞行器被成功捕获后，就进入火星环形轨道，再通过地面发去的指令，调整位置和姿态，就像侦察卫星环地球运行那样，开始环绕探测作业，获取火星上的气象、地质和天文资料，并转换成电波信号发回地球，通过科学家分析研究，初步探明火星表面情况。

惊心动魄的7分钟

“天问一号”奔向火星的漫漫旅途中，一直高速飞行。着陆前只有把速度降下来，才能平稳落到火星表面。当探测器接近火星时，必须在7 分钟内，将时速从2 万千米，降到落地时为零，并完成安全降落和着陆。这段时间虽短，但最惊险、最艰难、最关键，直接关系到整个任务的成败。

早前，欧洲两次轨道环绕实验取得成功，但着陆计划流产了；美国的情况更惨，着陆装置在距火星表面40米时，不幸坠毁，摔成碎片；俄罗斯20多个探测器，性能领先美国许多，但无一成功降临火星。毕竟相距太远，一旦发生问题，数据传输时延太大，不像在地球附近那样能及时处置，需要探测器自主应对。因此，7分钟的着陆过程，必定会牵动人心。相比之下，探月工程要容易得多。而我国“嫦娥”系列飞行器，2013 年首次着陆月球时，所有工程技术人员的心也都吊到了嗓子眼。当听到最后成功的消息时，大家都激动得热泪盈眶。可想而知，火星着陆的难度有多么大，对我国航天工作者提出了极大考验。

探测器整个着陆过程分为四步：首先是气动减速，高压气罐突然向飞行相反方向放气，产生一个强大的反推力，把速度从4.8 千米每秒减速到460 米每秒，相当一个空中急刹车，这段时间为5 分钟。接着，降落伞打开，在1.5 分钟内速度再减到之前的1/5。随后，进入动力减速阶段，反推火箭点火，开始反向喷射烟气，再次产生一个反推力，将速度降到像人骑自行车那样，这段时间为80秒。剩下的最后100米，采用特定的制动手段，把速度减得更慢。这时，离火星已经很近了，着陆器在慢慢降落的同时，对火星表面进行观察，为选定着陆点做准备。如果发现大坑或巨石，调整位置避开，确保安全落地，以免翻车。

使命重大的火星车

轨道器是前面提到的沿火星环形飞行的探测装置；着陆器和巡视器是实地勘探装置，将在火星表面软着陆，并释放火星车。火星车类似于月面探视装置——月球车。这个有两张饭桌大的家伙，具有超级智能机器人的本领，能在火星表面自主行走，并用光谱仪和相机等6种先进仪器，进行精细巡视、拍照和重点勘查。到时候，我们通过火星车发回的信息，来证实火星上是否有河流、古生物化石、甚至外星人等传闻，一些不实传言将不攻自破，并获得新发现和可靠的天文知识。

火星上的一天，比地球上稍长一点，大约是24 小时37 分钟。火星车的设计寿命，为火星上的90天，也就是地球上的三个多月。在这段时间内，火星车的命运存在许多未知，将受到意想不到的火星天气和宇宙环境的严峻挑战。因此很多问题难以预料，比如：火星车会遇到什么地形？能否安全行驶？遇到沙尘暴用什么手段躲避？这些都值得人们拭目以待。

对可能出现的问题，除了科技人员事先做猜想性研究外，还要根据届时发回的信息，随机妥善处置，确保火星车顺利执行任务，安全度过具有非凡意义的90多天。

据航天科技集团科技委员会主任包为民介绍：火星车将在90个火星日里，运用大气环境测试仪，获取火星温度、风力等信息。有关人士说，火星车内部有一个小型的化学实验室，会把自行采集的岩石等样本，放到里面进行光谱分析，得出化学成分。当然，火星车最为理想的使命，是能把采集到的空气、土壤、水分等样品，带回地球，作为研究火星的珍贵实物资料。当然，要完成这样的任务，难度相当大，只能依靠下次探测计划了。

人什么时候能去火星

移民火星，目前只是美好愿望。不久前，国外有个叫“火星一号”的组织，在全球范围内海选出7人，要送到火星去观光，但不保证能回来，该计划最终破产。

搭乘飞行器去火星，按现在的技术实力，9个月才能到达，而且不能立即返回，在上面等待窗口到来，需要两年多，因此往返时间接近4年。这期间，人处在空气稀薄、极度寒冷、辐射强烈、没有生物的险恶环境中，生活保障和身体防护相当困难。所以，改进飞行器，缩短往返时间，是实现人登上火星的关键。

今年5 月8 日，我国新一代载人飞船试验取得圆满成功。从发射到安全着陆，只用了不到3 天时间，新一代载人飞船表现堪称完美，铺就了通往太空的新“天路”。这艘具有国际先进水平的天地往返运输飞船，是为载人登月和构建空间站而造。未来2 年～3 年，我国还要进行11次这样的飞行试验。

这种飞船既然可以载人登月，那能否飞得更远点，去探测火星呢？对此，我国航天工程副总设计师张柏楠表示，载人登月和载人去火星，都是以11.2千米/秒的第二宇宙速度往返，只要具备载人登月能力，就有把握去火星。而且，我国之前进行的飞船试验技术，可用于火星探测工程。科技人员下一步还将开展有关技术研究，使其应用向智能自主方向迈进。

当然，从目前的技术手段等方面看，载人登上火星还比较遥远，短期内，我们能看到的是从火星采回的样品。专家预计，在2030年前后，我国将实施火星采样返回和木星探测任务。为尽快实现这一宏伟目标，科学家正紧锣密鼓地进行关键技术攻关呢。