中國首次火星探測任務“天問一號”將在7月至8月擇機發射

天問之旅，近了

7月來臨，中國首次火星探測任務進入發射窗口期。

在今年4月24日第五個“中國航天日”啟動儀式上，中國正式發布首次火星探測任務名稱。名稱源于屈原長詩《天問》的“天問一號”，承載著中華民族對真理追求的堅韌與執著。

按照計劃，“天問一號”將在7月至8月擇機發射，一次性完成“繞、落、巡”三大任務。

了解地球演化歷史，預測地球未來變化趨勢，為人類開辟新的生存空間尋找潛在目標

火星已成最熱目的地

隨著航天科技的發展，人類對于行星探索的興趣與日俱增。其中，火星是全球最為熱門的行星“旅行地”。截至目前，全球已有40余次火星探測活動。

專家認為，尋找地外生命和研究火星的形成演化過程是火星探測的兩大科學主題。中國發射火星探測器，既是為了研究火星、為人類尋找未來家園，也能夠反觀自身、探究地球的過去和將來。

中國科學院院士、航天科技集團科技委主任包為民表示，火星是太陽系中距離地球較近、自然環境與地球最為類似的行星之一。火星探測不僅有助于探究火星生命的存在和演化過程等問題，更可借此了解地球的演化歷史和預測地球未來變化趨勢，為人類開辟新的生存空間尋找潛在目標。

如果任務成功，中國將成為世界上首次探索火星即完成軟著陸任務的國家

中國有信心彎道超車

根據計劃，中國首次火星探測任務將通過一次發射任務，實現對火星的“環繞、著陸、巡視”3個目標。此外，任務還設定了五大科學目標，主要涉及空間環境、形貌特征、表層結構等研究。為此，火星探測器搭載了13種有效載荷，其中環繞器上7種、著陸器上6種，屆時將對民眾關注的科學問題開展探測。

探索火星，一次性完成“繞落巡”三步走的探測方案，在全球尚屬首次。如果“天問一號”任務獲得成功，中國將成為世界上首次探索火星即完成軟著陸任務的國家，并成為繼美國之后第二個完成火星漫游的國家。

火星探測器發射升空以后，將“趕路”7到8個月的時間

預計明年2月抵達火星

由于火星距離地球較遠，因此探測火星需要選擇其與地球距離較近的時機。據專家介紹，這樣的機會每隔26個月才有一次，而今年7月至8月正值這一時間窗口。

這段看似簡單的旅程，實際上充滿著挑戰和兇險。相比登月所跨越的38萬公里，地球到火星幾千萬公里的距離，對飛行器的測控通信是一項巨大的考驗。火星探測器發射升空以后，將“趕路”7到8個月的時間，預計在明年2月到達火星的引力勢場以內，然后再經過火星的捕獲，才能到達火星。

2030年前后，我國將實施火星采樣返回、木星系探測等任務

行星探測計劃將邁向縱深

為保障“天問一號”發射任務，長征五號遙四火箭也已做好充足準備。今年1月，長征五號遙四火箭轉入火箭總裝階段。6月14日，遠望5號航天遠洋測量船也已解纜起航，奔赴太平洋某海域執行包括火星環繞著陸巡視探測器在內的海上測控任務。

完成火星探測任務后，中國的行星探測計劃將邁向縱深。包為民說，2030年前后，我國將實施火星采樣返回、木星系探測等任務，目前正在開展關鍵技術研究。

據統計，全球目前已實施火星探測活動40多次，但成功率僅有40%。火星探測工程難點眾多，中國火星探測任務首次提出一次發射實現環繞、著陸、巡視3個目標，面臨的挑戰前所未有。

及時“剎車”，才能進入火星軌道

在發射窗口期內，太陽、地球和火星將成一條直線，其中地球與火星之間的距離最近時僅有約5500萬公里。探測器在經過長途飛行后，如何成功被火星的引力場捕獲，是任務中的關鍵點之一。

據專家介紹，“天問一號”升空后的漫長旅途中，科技人員會根據軌道的具體情況，不斷修正探測器的飛行方向。到達火星附近時要及時“剎車”，而一旦捕獲失敗，探測器將會與火星擦肩而過，“滑”向更遠的深空。探測器被火星引力場捕獲后，就進入火星的循環軌道，再經過多次的調整，就可以進行環繞探測了。

跨過“恐怖7分鐘”，實現軟著陸

到達環繞火星的軌道后，火星探測器將隨之降落在火星表面。盡管降落的過程僅有7分鐘，但這個被稱作“恐怖7分鐘”的降落過程卻是整個任務的關鍵點。在此前，世界上還沒有國家能夠在首次探索火星的過程中即完成軟著陸任務。

著陸為何難?包為民介紹說，著陸時，火星探測器要在7分鐘內將時速從2萬千米降低到零，這需要融合氣動外形、降落傘、發動機、多級減速和著陸反沖等多項技術才能實施軟著陸，對軟件和硬件的要求極高。

據介紹，火星探測器在“奔火”的途中一直處于高速飛行狀態，在著陸之前，需要先將速度降下來。目前，在國際上主要有兩種減速方式。中國以探月工程中的技術經驗作為基礎，通過4個階段逐步減速，最終使探測器平穩到達火星表面。

第一階段為氣動減速，通過“急剎車”的方式，將速度從每秒4.8公里降至每秒460米;第二階段開降落傘，把速度降到每秒95米;第三階段為動力減速，探測器的反推發動機點火工作，將速度減小到3.6米每秒;第四階段的最后100米為懸停避障階段，探測器將懸停在空中，對火星表面進行觀察，為選定著陸點做最后準備。

“可以看一下地面有沒有坑和大的石頭。如果有，我們就避開它。這樣就保證落地的安全性，不會翻車。”包為民說。

釋放火星車，“勞逸結合”干仨月

著陸器在火星表面軟著陸成功后將釋放火星車，在火星表面進行巡視探測、火星地貌特征研究等多項任務。值得一提的是，火星車將配置探測雷達對火星地下一定深度進行探測。

據專家介紹，火星車的設計壽命為90個火星日。由于火星上的一天比地球略長(火星自轉周期約為24小時37分鐘)，因此火星車將在火星上工作92個地球日。

不過，火星車并非“不休不眠”。為規避火星極端天氣的影響，中國火星車將設置自主休眠和自主喚醒功能。就像正在月球上忙碌的嫦娥四號和“玉兔二號”一樣，火星車的探測工作也講究“勞逸結合”。

包為民表示，由于遠距離數據傳輸的大時延，要求火星車必須具有很高的自主能力。同時，火星光照強度小，加上火星大氣對陽光的削減作用，火星車能源供給比月球車更為困難。這些因素都使得火星探測任務更具難度和復雜性。

延伸閱讀

三國火星探測器將“同臺競技”

2020年是火星探測活動的窗口期。今年7月到8月，中國、美國和阿聯酋三國的火星探測器將“同臺競技”。

美國“毅力”號火星車計劃于7月20日發射，此次探測任務將攜首架火星直升機“機智”號。美國航天局表示，“毅力”號將是該機構造訪火星表面的第9個探測器，也是首個將從火星采集樣本并帶回地球的探測器。“毅力”號將采集火星巖石和風化層樣本。此外，“毅力”號還將攜一枚刻有地球和蛇杖圖案的鋁板一同前往火星，以此表達對全球抗擊新冠疫情的醫護人員的敬意。

阿聯酋“希望”號火星探測器計劃于7月15日從日本種子島太空中心發射。“希望”號是在美國科學家的幫助下開發的，此次飛往火星的主要任務將是探測火星的大氣。

此外，原定今年發射的由歐洲航天局與俄羅斯航天局合作的“火星太空生物學”(ExoMars)計劃探測器，因疫情影響宣布推遲到下個發射窗口，即2022年秋季發射。2016年，在該計劃下發射的火星試驗登陸器“斯基亞帕雷利”在降落火星表面時由于軟件計算錯誤，提早釋放了降落傘，導致登陸器墜毀。