探测火星

周颖

随着航天科技的发展，人类对于行星探索的兴趣与尝试与日俱增。其中，火星是全球最为热门的行星“旅行地”。

由于火星是太阳系中距离地球较近的行星之一，其自然环境与地球极为相似。火星探测不仅有助于探究火星生命的存在和演化过程等问题，更可借此了解地球的演化历史、预测地球未来变化趋势，为人类开辟新的生存空间寻找潜在目标。

寻找地外生命和研究火星的形成演化过程是火星探测的两大科学主题。中国发射火星探测器，既是为了研究火星，为人类寻找未来家园，也是为了能够反观自身，探究地球的过去和将来。

根据计划，中国首次火星探测将通过一次成功的发射，实现一次性完成“ 环绕、着陆、巡视”三个目标的探测方案，在全球尚属首次。2020 年7 月23 日，我国成功发射“天問一号”火星探测器，标志着中国将成为世界上探测火星首次完成软着陆任务的国家，并成为继美国之后第二个完成火星漫游的国家。

这段看似简单的旅程，实际上充满着挑战和凶险。目前全球已实施火星探测活动40 多次，但成功率仅有40%。火星探测器发射升空以后，将飞行7～8 个月的时间，预计在2021 年2 月到达火星的引力场以内，然后再经过火星的捕获，才能到达火星。探测器在经过长途飞行后，如何成功被火星的引力场捕获，是此次任务中的关键点之一。

在漫长旅途中，科学人员会根据火星探测器轨道的具体情况，不断修正探测器的飞行方向，当它到达火星附近时要及时“ 刹车”。而一旦捕获失败，探测器将会与火星擦肩而过，“滑”向更远的太空。探测器被火星引力场捕获后，就进入火星的循环轨道，再经过多次的调整，就可以进行环绕火星探测了。

在完成环绕火星探测之后，火星探测器将降落在火星表面。尽管降落的过程仅有7 分钟，但这个被称作“恐怖7 分钟”的降落过程，却是整个任务的关键点。

着陆为何难？着陆时，火星探测器要在7 分钟内将其时速从2 万千米降低到零，这需要融合气动外形、降落伞、发动机、多级减速和着陆反冲等多项技术，才能实施软着陆，对软件和硬件的要求极高。目前，在国际上主要有两种减速方式。中国以探月工程中的技术经验作为基础，通过四个阶段逐步减速，最终使探测器平稳到达火星表面。

第一阶段为气动减速，通过“急刹车”的方式，将火星探测器速度从每秒4.8 千米降至每秒460 米;第二阶段为打开降落伞，把火星探测器速度降到每秒95 米;第三阶段为动力减速，探测器的反推发动机点火工作，将火星探测器速度减小到每秒3.6 米;第四阶段的最后100 米为悬停避障阶段，探测器将悬停在空中，对火星表面进行观察，为选定着陆点做最后准备。

着陆器在火星表面软着陆成功后，将释放火星车，在火星表面进行巡视探测、研究火星地貌特征等多项任务。火星车并非“ 不休不眠”。为规避火星极端天气的影响，火星车将设置自主休眠和自主唤醒功能。就像正在月球上忙碌的“嫦娥四号”和“玉兔二号”一样，火星车的探测工作也讲究“劳逸结合”。

由于远距离数据传输的大时延，要求火星车必须具有很高的自主能力。同时，火星光照强度小，加上火星大气对阳光的削减作用，火星车能源供给比月球车更为困难。这些因素都使得火星探测任务更具难度和复杂性。