“祝融”探火第一步，中国航天一大步

王煜

3月26日，国家航天局发布2幅由我国首次火星探测任务天问一号探测器拍摄的南、北半球火星侧身影像。

“天问一号”成功“落火”，“黑色七分钟”落火过程示意图。

中国印迹，登上火星！北京时间2021年5月15日7时18分，我国首部火星车“祝融号”在火星乌托邦平原着陆，这让中国成为第二个在火星成功软着陆的国家。中国航天实现了从地月系到行星际的历史性跨越，中华民族的问天之旅就此展开新的篇章。

巡视火星，避开沙尘暴

火星上首次有了中国人的印迹，要做到这点其实非常困难。要知道火星素有“探测器坟场”之称，之前各国发射的火星探测器有一半左右都登陆失败。“祝融号”进入火星大气层到着陆之前的这段时间，要面临摩擦高温、复杂地形、平稳制动等多重严酷的考验。而由于距地球太远，通信至少有十几分钟的延时，这个过程不可能靠远程控制，只能由探测器自主进行，地球上的人们能做的只有等待。

在《新民周刊》此前的报道中，专家都把这段时间称为“恐怖7分钟”，而在着陆火星的过程中，“祝融号”实际经历的是“恐怖9分钟”。为何时间变长了？原来，7分钟的时间是按探测器进入火星轨道后直接着陆的情况计算的，那时的初速度更大，所需时间更短。天问一号是先“刹车入轨”再择机分离着陆，已经减速，进入火星大气层时的初速度比较低，自然花的时间就更长。

无论多久多难，“祝融号”都扛住了！

启程以来近10个月，天问一号对火星探测三大任务的“绕”“落”都已成功完成，接下来就是“巡”了，也就是“祝融号”离开着陆器的导轨，在火星表面开动起来，进行科学探测。不过，它并不能一着陆就马上做到这些，还得先充充电。

“祝融号”依靠太阳能电池帆板产生的电能工作。火星距离太阳更远，那里的太阳能密度仅为地球附近的4成左右，“祝融号”携带的四片巨大的“蝴蝶形”太阳能电池帆板，能确保充足能量供应，所需要的就是一些准备时间，来保证中国在火星上印出第一道车辙时，足够稳定。

“祝融号”开启巡视探测之旅时，还要小心火星上不时刮起的沙尘暴。资深航天专家、上海航天技术研究院研究员陶建中告诉《新民周刊》记者：火星上的空气虽然比地球稀薄，但风速很快;沙尘暴来袭时，会显著影响“祝融号”的太阳能收集效率甚至全车的寿命。为了应对这样的情况，“祝融号”表面的涂层已经赋予了它一定的防沙尘能力，但还无法扛过长时间、全球性的强力沙尘暴。

好在，中国航天人已经选好了时机。历史数据显示：“祝融号”着陆的火星北半球，在当地春夏期间沙尘暴最为低发;特别是从春分到夏至这段时间的中间点开始，一直到再往后的几个月里，人类从未观测到沙尘暴的发生。

当前，火星北半球的春分在2021年2月7日，夏至在2021年8月25日，春分到夏至的中间时间点，正是5月中下旬，也即“祝融号”着陆的日子。之后的几个月里，它遇上沙尘暴的几率是比较小的。

在火星上行驶时，复杂的地形也是“祝融号”要克服的一大困難。“‘祝融号着陆的火星乌托邦平原整体地形比较平坦，不过零碎的乱石比较多。不要小看这些碎石头，它们的破坏力也是很强的。”陶建中说。人们从照片上可以看到，目前正在火星上执行任务的美国“好奇号”火星车的车轮，就被石头弄出了好几个明显的破洞，如果继续遭到破坏，它的探测有很大的风险将被迫提前结束。同样来自美国的“勇气号”火星车在2009年时陷入沙坑，车轮出现故障无法转动，一直到探测任务结束，它也没能走出来。

有鉴于此，“祝融号”虽然叫“火星车”，但并不会如同地球上的汽车一样在火星上疾速奔驰;它的行进速度只有每秒几厘米，就是为了稳妥，不要在当地发生碰撞等“交通事故”。遇到障碍时，“祝融号”的机身可以升降，六个车轮均独立驱动，多轮悬空的条件下依然能自由移动。在极端地形中，它还能实现“蠕动”“蟹行”和“踮脚”等复杂机械操作。

“道路千万条，安全第一条”，这个原则无论在地球还是火星都适用。

5月15日，航天科研人员在北京航天飞行控制中心监测“祝融号”火星车工作情况，研究传回的火星地面高清图片。

5月15日，中国首次火星探测任务工程总设计师张荣桥介绍着陆巡视器有关情况。

日程满满，能否“加班”？

在火星上迈出第一步后，“祝融号”就要开始执行科学探测任务。通过携带的各种照相机拍照，是“祝融号”最核心的科学研究目标之一。例如，导航地形相机可拍摄火星高清广角大图;多光谱相机可以详细分析地形、地貌和地质的具体情况，它获取的岩石土壤光谱数据能帮助科学家研究火星表面演化的历史和未来。

陶建中介绍：“祝融号”上的表面成分探测仪中包含微成像相机，能将砂石图像放大到微米级;激光诱导击穿光谱仪能在数米外用激光把岩石成分烧蚀成等离子体，利用有“远程显微镜”之称的短波红外光谱显微成像仪开展分析。

“祝融号”还携带了两个磁强计，负责探测火星表面的磁场强度。它的探测结果既能让科学家获取火星壳层剩磁的信息，也能与天问一号环绕器携带的磁强计探测结果结合，帮助科学家了解太阳风与火星高层大气、电离层的相互作用。它们也是首个火星表面可移动的磁场探测仪器。

同时，气象探测仪不仅为“祝融号”自身服务;还能通过长期记录火星的气温、气压、风速、风向等参数，丰富全人类的火星气象数据库，与已经在当地的其他探测器一起，成为“火星气象观测网络”的一员。

“祝融号”计划要巡视探测大约90个火星日。既然在火星上走一遭这么不容易，为什么不让它工作更长时间呢？这就涉及天问一号此次探测的各项任务分配。

陶建中向《新民周刊》记者介绍：“祝融号”在火星表面完成各项探测后，数据需要传输回地球;但它本身的能力无法独立与地球通信，需要借助在它上空运行的天问一号环绕器作为与地球之间的通信中继站。由于距离上亿公里，两个星球之间的数据传输速率是非常有限的，在“祝融号”巡视的这段时间里，天问一号环绕器的数据传输信道就专门为之做中介服务。

在此之后，它就要传输自身探测获取的数据了。因为环绕器本身也是个综合探测平台，携带了7项仪器。环绕器飞行的椭圆轨道距离火星最近200多公里、最远12000多公里，这些仪器能在多种轨道高度对火星进行整体性、全球性、综合性的研究。火星大气的电离层是什么状态？周边太阳风等行星际环境如何？火星表面和地下的水冰在哪里？火星的土壤类型怎么样、如何分布？表面矿物和物质成分情况如何？……这些问题，都有可能通过环绕器上仪器获得的数据得到解答。

环绕器计划在轨对火星全球展开持续1个火星年（约2个地球年）的遥感探测。从时长占比来看，环绕器的探测任务显然更重一些。

当然，在90火星日的任务完成后，即使休眠一段时间，“祝融号”很可能依然有继续探测的能力。中国航天探测器已经有“超额服役”的先例：当年“嫦娥二号”完成既定的探月任务后，又在日地拉格朗日L2点执行了一个完整周期的飞行探测，并在2012年12月13日与“图塔蒂斯”小行星“擦肩而过”，最近交会距离不到1公里，首次实现了我国对小行星的飞掠探测。它也因此成为我国第一个行星际探测器，可以算作“天问一号”的前辈。而后，“嫦娥二号”继续飞至1亿公里以外，是当前我国飞得最远的航天器。

那么，“祝融号”是不是也能向它的“劳模前辈”学习，“加个班”？陶建中说：从理论上来说完全有这个可能，那就取决于到时科学家们的决策，是不是让天问一号环绕器匀出一些通信资源来传输这部分额外的数据了。

深空奥秘，无尽探索

中国成功在火星上软着陆并即将开始巡视探测，人们很自然地畅想下一步：人类何时可以像登月一样登上火星？实际上，让人类踏上这颗红色星球，不仅是普通公众的兴趣，更是航天人持久的梦想。

这一轮“三国探火”中比“祝融号”更早登陆火星的美国“毅力号”火星车，已经实现了让直升机首次在地外大气中飞行;同时首次以火星大气中的二氧化碳为原料，通过高温电解的方式生成一氧化碳和氧气，这就是在为将来创造航天员登火的条件做先行试验。

人类正在一步步地努力，但短时间内还是“理想很丰满，现实很骨感”。无人探测器可以踏上去往火星的单向旅程;但人类不行，必须要去得了还要回得来。然而哪怕只是火星探测器，目前科学家也还在为让它“取样返回”而艰苦攻关。

探测器可以用自身搭载的仪器在火星当地完成一部分检测分析，并把数据传回;但是更多的分析，例如同位素检测，还必须将材料带回地球才能开展，这是取样返回的意义所在。

对家的眷恋是中国人亘古不变的情结和力量源泉，当我们在太空有了“家”，接下来又会有多少令人激動的精彩，正纷至沓来！

要从火星返回地球，难度增加绝不只是“路程翻倍”这么简单。从地球出发时探测器是“主场作战”，有各种保障;但在遥远的火星，一切都得靠它自己了。

例如，火星上可没有现成的大推力火箭帮助探测器进入太空，这意味着从地球出发时，探测器就要带上更多的燃料，自重增加，发射难度进一步提升。同时，地球上的导航系统对从火星启航的探测器也鞭长莫及，后者必须以太空中的物体为参照物来自行导航、自主返回。

在天问一号之后，中国探测火星的下一步计划就是挑战采样返回。2020年，嫦娥五号成功取回月壤，为上述目标做了坚实的技术验证和储备。预计在2030年前后，中国将实现对火星的取样返回，这意味着中国在火星探测领域虽然是“后来者”，但进度迅猛扎实，已进入第一梯队。

满足来去的动力、导航条件后，载人太空航行要解决的最大问题是人本身的问题。往返一趟火星要花上十几个月的时间，路途中对航天员生命机能、心理状态的维持，依然存在许多需要攻破的难题。

至于更进一步的“移民火星”，目前更多停留在人们天马行空的科学幻想里。“祝融号”登陆火星后，天问一号总设计师张荣桥在接受采访时就表示：火星的空气、温度等环境跟地球相差还是很远，人类生存最基本的条件难以保证。“如果我们有改造火星的能力，那我们是不是可以花点时间精力把我们的地球打理得更好？”

以最乐观的情况预测，不少航天专家的共识是：人类首次登上火星的日子，应该还需要大约30年。

火星因为最有可能存在“地外生命”而成为人类行星际探测的首选目标，在它之外，木星、土星的一些卫星也引起了科学家的兴趣。比如，木卫二拥有稀薄的大气层，表面覆盖着厚厚的水冰，地下深藏着大量液态水，有些地下水还会溢出到表面;土卫六是土星的最大卫星，拥有稠密的大气，表面还有众多河流和湖泊。两者都有存在生命的可能，等待人们去探索。为了保护地球和人类的安全，对小行星的探测也是各国深空探测的热点。

上述这些，都已纳入中国“天问”系列的目标中。2030年前后，人们有望看到中国深空探测在火星取样返回、小行星探测、木星系探测这三个领域同时发力的盛况。

航天各个领域的进展常常紧密联系、互相促进。从时间范围上把目光拉近一些，就在接下来的一个月内，天舟二号货运飞船、神舟十二号载人飞船将先后升空与天和核心舱对接，中国空间站的建设将稳步推进。对家的眷恋是中国人亘古不变的情结和力量源泉，当我们在太空有了“家”，接下来又会有多少令人激动的精彩，正纷至沓来！