超人离开氪星，火神回了火星

朱秋雨

2020 年7 月23 日，长征五号遥四运载火箭搭载“天问一号”火星探测器在海南文昌發射。10 个月后，2021 年5 月15 日，“天问一号”探测器软着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区，中国成为第二个成功着陆火星的国家。后续“祝融号”火星车将依次开展对着陆点全局成像、自检、驶离着陆平台并开展巡视探测。

回顾1960 年以来的火星探测史，人类先后开展了40 多次探测，但成功率并不高——此前只有8 次任务成功着陆并开展火星探测。此次在火星的顺利登陆，意味着我国成为唯一一次性完成“绕落巡”的国家。

如今，这颗红色星球附近已经变得拥挤，有7架飞行轨道器在火星轨道附近绕行，包括美国航天局（NASA）的3 架，欧洲的2 架，以及印度的“曼加利亚号”、阿联酋的“希望号”。人类为何都将目标朝向这颗红色星球？登陆火星能给人类带来什么好处？

清楚这些问题，我们或许才会知晓：“天问一号”探测器的成功登陆，究竟对中国、对世界意味着什么。

一次就好

太阳系的八大行星排列上，地球是离太阳第三近的行星，火星则是第四个。但从地球跨越到火星，并非如科幻电影里表现的一样——造精密的飞船即能任意飞抵。精密的距离和时间的控制，是现实世界飞抵火星中的一大考量因素。

2020 年7 月23 日出发的“天问一号”，正是选在最适合飞往火星的“窗口期”。彼时，阿联酋的“希望号”和美国航天局的“毅力号”，都在发起相似计划。一切的源头是——火星和地球以不同的速度和距离绕太阳公转，地球和火星最远距离大约4 亿公里，最近的距离是5600 万公里。而每隔26 个月，会出现“火星冲日”的天文现象——火星、地球和太阳所处的轨道位置将形成一条直线。此时飞去火星，最节约燃料。

2020 年10 月14 日正是这一天文现象起作用之时，以此推算最佳的发射时间大约为“火星冲日”之前两个月。“天问一号”在这时出发，被赋予了更重的使命——阿联酋的“希望号”仅进入火星轨道环绕，探测火星大气；美国NASA 在发射“毅力号”之前，有过4 次火星车登陆火星表面的成功经验。而第一次执行火星探测任务的“天问一号”，即要一次性完成环绕火星轨道、登陆表面和巡视着陆地这三大步骤。

而在2021 年2 月10 日，“天问一号”经过200多天的飞行停泊进入火星环绕轨道时，包括《纽约时报》等外媒发表社评称，“与登陆火星相比，绕火星轨道飞行的挑战根本不算什么。”

登陆火星的危险之处，首先表现为抵达火星表面附近时，航天器需刹车减速，并以正确的角度切入火星大气层——角度太陡会起火燃烧。过去，NASA 和欧洲的很多火星探测器都因此起火坠毁。

从穿越火星大气层到着陆需大约7 分钟，却被国际航天界公认为“死亡7 分钟”。着陆器进入火星大气的时机、姿态和角度都需要精准的控制。又因为地球单程无线电信号到达火星需要20 分钟，地面人员亦无法实时指挥——一切都要靠关于航天器的精准设计。

“天问一号”探测任务总设计师张荣桥表示，这短短的7 分多钟内，“天问一号”需要从每秒4.8公里的速度急刹车到零，同时忍受上千摄氏度的高温，历经4 段不同方式的减速：

首先穿过火星大气层，进行气动减速，将速度降至460 米/ 秒；第二段，着陆巡视器打开降落伞，用拉拽的方式将速度降至95 米/ 秒；接着是反推发动机点火，速度减少到3.6 米/ 秒，将这个速度维持到最后；离地面100 米左右实现悬停避障，火星车即完成着陆。

偏偏是火星

在中国的“祝融号”发射成功以前，登陆过火星的只有美国、苏联。尽管后者在1971 年发射了火星3 号探测器，但仅在火星表面工作约20 秒即与地球失联。

当前，各国火星探测器主要有三种：绕火星轨道运行，开展远距离探测的探测器，比如，阿联酋的“希望号”；降落到火星表面，进行原地探测的着陆器；能在火星上运动的火星车。

据不完全统计，自1960 年以来，世界各国围绕火星的发射任务共计51 次。进入21 世纪，世界各国朝火星发射了17 个探测器。如今，还在围绕着火星轨道绕行的探测器共计7 个，寿命最长的是NASA 在2001 年发射的“火星奥德赛号”。在火星表面上，除了“祝融号”火星车外，美国于2012 年、2018 年、2021 年分别成功登陆的“好奇号”“洞察号”“毅力号”火星车也在火星上巡视。

人类为何一窝蜂地探测火星？

就这一点，科学家运用的思路是“排除法”。以从太阳系中寻找生命的维度，与太阳距离的远近可由此得出“宜居带”。从八大行星的位置判断，位于“宜居带”的是和太阳距离适中的金星、地球和火星。

与地球大小、质量、体积相似的金星成了最早人类探测外空、发现生命的第一选项。20 世纪50年代，美苏两大国掌握了航天技术后，同时将金星作为航天竞赛的首要目标。但人们很快认识到发射目标的错误。10 个在金星着陆的探测器，都来自苏联，但它们都“活不长”。最“长寿”的一个也在向地球传输了127 分钟信息后“牺牲”。科学家们发现，这全因为金星的恶劣环境，地表温度超过460 摄氏度，气压是地球的92 倍，还随时会下硫酸雨。科学家由此下结论，金星的环境孕育出生命的可能性为零。

与此对比的是，火星虽然地表温差大，平均气温为零下55 摄氏度，但一个最令人兴奋的行动支撑是，火星上可能有液态水的存在。科学家们普遍推测，火星历史上有过活跃的地质运动与河流，但由于太阳风的吹拂以及小行星的撞击等原因，后来逐渐都消失了。

2003 年欧洲航天局发射的“火星快车号”探测器，于2012 ～ 2015 年期间在火星南极冰盖下进行了29 次探测。2018 年，负责该项目的意大利科学家在《科学》杂志刊登论文宣布，该雷达系统发现了一片至少有数米深、直径约20 公里的湖泊。一旦该发现进一步得到确认，该湖泊将成为人类在火星发现的首个液态湖，这“让火星环境中微生物的存在成为可能”。只是，科学界对相关发现反对声音犹存。他们指出，缺少足够的热源将上述湖泊的冰融化成水。而没有水，生命的存在也就失去可能。

探索火星的本质

赴外星寻找生命，这对于全人类而言都是兴奋的命题。“祝融号”官方微博曾解释其奔赴火星的原因——“我是来火星找答案的：火星上到底有什么？它由什么组成？”

第一个登陆火星的卫星为美国“维京号”计划的“海盗一号”，时间在1976 年。该着陆器运行了惊人的2245 个火星日，直到1982 年11 月13 日才与地面失联。而与“祝融号”性质一样、能在火星表面移动的火星车，是美国最早于1997 年通过发射“火星探路者号”，成功让名为“旅居者号”的火星车着陆。在千禧年以后，美国共计发送4 个火星车到达火星表面，运行时间最长的“机遇号”——设计寿命最初为92 天，而其实际运行了15 年，创造了地球以外星球的最长徒步旅行纪录。

有了多次登陆火星的经验，美国垄断了对于火星着陆过程中涉及的诸多技术参数，而这些参数，尤其对于“死亡7 分钟”期间——地面与探测器完全失去联系时，尤为重要。

中国的火星探测任务在此背景下开启。国家航天局官网显示，我国首次火星探测任务于2016 年正式批复立项，计划通过一次任务实现火星环绕、着陆和巡视。

对于此刻的动因，中国火星探测首席科学家万卫星院士在2019 年的一篇文章中谈道：“如果说第一次热潮的主题是探测竞赛，比的是誰先跑得最快。

那么第二次热潮的主题应是科学竞赛，比的是谁先看得最深。”“人们已经不满足于到行星表面看一看，而是看向时间的深处——研究行星的演化历史，看向空间的深处——研究行星的内部结构，看向人类的深处——研究生命起源和寻找地外生命。”

这次，“祝融号”选择巡视的乌托邦平原南部，过去美国的“海盗二号”也曾在此着陆，但着陆的方向偏北。该平原位于一个巨大的盆地中，位于古海洋与陆地的交界面，永久冻土层可能正好藏在该平原地表以下。有古代火神寓意的“祝融号”即将在这一宽阔的平原上度过90 个工作日。

这90 天，是中国航天人用过去5 年的日夜，以此点燃中国星际探测的火种。

（摘自“南风窗”微信公众号，知止图）