【環(huán)球時(shí)報(bào)記者 劉揚(yáng) 樊巍 環(huán)球時(shí)報(bào)特約記者 柳玉鵬】編者按：7月23日12時(shí)41分，我國(guó)在文昌航天發(fā)射場(chǎng)用長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭成功發(fā)射首次火星探測(cè)任務(wù)“天問一號(hào)”探測(cè)器，火箭飛行約2167秒后，成功將探測(cè)器送入預(yù)定軌道，開啟火星探測(cè)之旅，邁出我國(guó)行星探測(cè)第一步。按照計(jì)劃，中國(guó)將在本次火星探測(cè)任務(wù)中完成“環(huán)繞、著陸、巡視”三大任務(wù)。這么重大的航天任務(wù)中，包含哪些重大技術(shù)看點(diǎn)，后續(xù)又有哪些不能錯(cuò)過的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)呢？探測(cè)這個(gè)紅色星球的意義在哪里，中國(guó)為什么要探火呢？

 

看點(diǎn)一：如何一次性完成“繞、落、巡”

 

當(dāng)天發(fā)射圓滿成功，長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭成功將探測(cè)器送入地火轉(zhuǎn)移軌道，但這只是“天問一號(hào)”一次性完成“繞、落、巡”系列任務(wù)的第一步。據(jù)介紹，火星探測(cè)器將在地火轉(zhuǎn)移軌道飛行約7個(gè)月后，到達(dá)火星附近，通過“剎車”完成火星捕獲，進(jìn)入環(huán)火軌道，并擇機(jī)開展著陸、巡視等任務(wù)，進(jìn)行火星科學(xué)探測(cè)。

 

具體來講，任務(wù)后續(xù)計(jì)劃分為以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：一是器箭分離后，探測(cè)器太陽翼和定向天線相繼展開，在測(cè)控系統(tǒng)支持下，飛行約7個(gè)月抵達(dá)火星，其間進(jìn)行深空機(jī)動(dòng)和中途修正。二是探測(cè)器進(jìn)入環(huán)火軌道并經(jīng)過制動(dòng)后，通過2至3個(gè)月的環(huán)繞飛行后首選進(jìn)入窗口，其間在著陸區(qū)上空對(duì)著陸區(qū)開展探測(cè)。三是探測(cè)器擇機(jī)實(shí)施降軌機(jī)動(dòng)，著陸巡視器與環(huán)繞器分離。環(huán)繞器升軌返回到停泊軌道，為著陸過程提供中繼通信。四是著陸巡視器進(jìn)入火星大氣，依次完成配平翼展開、降落傘開傘、大底分離、背罩分離、動(dòng)力減速、懸停、避障及緩速下降、著陸緩沖等動(dòng)作，在火星烏托邦平原軟著陸。五是著陸巡視器安全著陸后，火星車與著陸平臺(tái)解鎖分離。火星車駛離著陸平臺(tái)，開始巡視探測(cè)。環(huán)繞器進(jìn)入中繼軌道，為火星車提供中繼通信，兼顧科學(xué)探測(cè)。六是火星車完成探測(cè)任務(wù)后，環(huán)繞器進(jìn)入使命軌道，開展火星全球遙感探測(cè)，兼顧火星車擴(kuò)展任務(wù)中繼通信。

 

據(jù)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者了解，我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)起步雖晚，但起點(diǎn)高、跨越大，從立項(xiàng)伊始就明確提出在國(guó)際上首次通過一次發(fā)射，完成“環(huán)繞、著陸、巡視探測(cè)”三大任務(wù)。如果這一目標(biāo)能夠在“天問一號(hào)”任務(wù)中順利實(shí)現(xiàn)，我國(guó)將成為世界上第二個(gè)獨(dú)立掌握火星著陸巡視探測(cè)技術(shù)的國(guó)家。

 

據(jù)介紹，首次火星探測(cè)任務(wù)的工程目標(biāo)，一是突破火星制動(dòng)捕獲、進(jìn)入/下降/著陸、長(zhǎng)期自主管理、遠(yuǎn)距離測(cè)控通信、火星表面巡視等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞探測(cè)和巡視探測(cè)，獲取火星探測(cè)科學(xué)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)在深空探測(cè)領(lǐng)域的技術(shù)跨越；二是建立獨(dú)立自主的深空探測(cè)工程體系，包括設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、飛行任務(wù)實(shí)施、科學(xué)研究、工程管理以及人才隊(duì)伍，推動(dòng)我國(guó)深空探測(cè)活動(dòng)可持續(xù)發(fā)展。

 

中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)，主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)火星形貌與地質(zhì)構(gòu)造特征、火星表面土壤特征與水冰分布、火星表面物質(zhì)組成、火星大氣電離層及表面氣候與環(huán)境特征、火星物理場(chǎng)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)等研究。

 

為了相關(guān)科學(xué)目標(biāo)，火星環(huán)繞器攜帶7臺(tái)儀器，火星車攜帶6臺(tái)儀器，計(jì)劃通過一系列科學(xué)探測(cè)建立起對(duì)火星全面而基礎(chǔ)的認(rèn)識(shí)。

 

全國(guó)空間探測(cè)技術(shù)首席科學(xué)傳播專家龐之浩對(duì)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者表示，這在人類火星探測(cè)史上是前所未有的。采用這種“一舉三得”的探火方式，起點(diǎn)高，效益高，但挑戰(zhàn)大。如果成功，我國(guó)深空探測(cè)能力和水平將實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，成為世界第3個(gè)在火星著陸的國(guó)家，第2個(gè)在火星巡視的國(guó)家。此外，環(huán)繞器對(duì)火星進(jìn)行普查，火星車可以在著陸區(qū)火星表面詳查，這樣就可以一次性獲得更多成果。

 

中國(guó)航天技術(shù)專家黃志澄23日對(duì)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者表示，這次任務(wù)如果能“一氣呵成”完成三大火星探測(cè)任務(wù)，將創(chuàng)造一個(gè)人類探火的新紀(jì)錄，證明中國(guó)航天技術(shù)已經(jīng)步入世界先進(jìn)行列，將是中國(guó)航天發(fā)展史的一個(gè)里程碑。

 

看點(diǎn)二：“胖五”轉(zhuǎn)正后首次發(fā)射

 

此次發(fā)射“天問一號(hào)”火星探測(cè)器是長(zhǎng)征五號(hào)火箭第一次工程應(yīng)用發(fā)射，標(biāo)志著長(zhǎng)征五號(hào)火箭關(guān)鍵技術(shù)已逐漸成熟，具備執(zhí)行國(guó)家重大航天工程任務(wù)的能力和條件。在此次“探火”任務(wù)中，“胖五”表現(xiàn)亮眼，在飛出中國(guó)火箭最快速度的同時(shí)，將5噸重的“天問一號(hào)”送入地火轉(zhuǎn)移軌道。

 

在長(zhǎng)征五號(hào)火箭出現(xiàn)之前，我國(guó)火箭在不同軌道的最大運(yùn)載能力分別為地球同步轉(zhuǎn)移軌道（GTO）約5.5噸（長(zhǎng)征三號(hào)乙火箭）和近地軌道（LEO）約13.5噸（長(zhǎng)征七號(hào)火箭），長(zhǎng)征五號(hào)火箭的出現(xiàn)極大提高了這些數(shù)字。長(zhǎng)征五號(hào)火箭總設(shè)計(jì)師李東介紹稱，“作為我國(guó)首型5米芯級(jí)直徑的大火箭，長(zhǎng)征五號(hào)火箭地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力可達(dá)14噸左右，為建設(shè)空間站而研制的長(zhǎng)征五號(hào)B火箭近地軌道運(yùn)載能力可達(dá)25噸”。

 

為了確保完成首次工程應(yīng)用發(fā)射任務(wù)，“胖五”做了精心準(zhǔn)備。根據(jù)發(fā)射任務(wù)要求，“胖五”需要托舉火星探測(cè)器加速到每秒11.2公里以上的速度，將探測(cè)器直接送入地火轉(zhuǎn)移軌道，開啟奔向火星的旅程。此次“胖五”發(fā)射“天問一號(hào)”探測(cè)器，在國(guó)內(nèi)首次達(dá)到并超過第二宇宙速度，飛出中國(guó)運(yùn)載火箭的最快速度。

 

對(duì)于普通發(fā)射任務(wù)，1個(gè)發(fā)射窗口只需要設(shè)計(jì)1條火箭發(fā)射軌道。此次任務(wù)則不同。如果把發(fā)射比作打靶，發(fā)射“天問一號(hào)”探測(cè)器就是在打移動(dòng)靶，因?yàn)榈厍蚝突鹦堑南鄬?duì)位置在不斷變化，只有不斷調(diào)整發(fā)射軌道，才能讓探測(cè)器入軌更精確，在奔火過程中節(jié)約燃料。為此，研制團(tuán)隊(duì)共設(shè)計(jì)42條發(fā)射軌道，這在中國(guó)航天史上絕無僅有。

 

據(jù)專家介紹，長(zhǎng)征五號(hào)系列火箭接下來會(huì)更加忙碌，比如，長(zhǎng)征五號(hào)將繼續(xù)深空探測(cè)之旅，在年內(nèi)發(fā)射嫦娥五號(hào)月球探測(cè)器實(shí)現(xiàn)對(duì)月球樣本的采用返回；長(zhǎng)征五號(hào)B火箭將作為空間站建設(shè)的“專屬列車”，在未來2-3年時(shí)間內(nèi)相繼完成空間站核心艙和實(shí)驗(yàn)艙的發(fā)射。

 

看點(diǎn)三：中國(guó)為何要去探火星

 

據(jù)公開數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，迄今為止，人類探火成功率很低。縱觀人類航天史，目前也僅有美國(guó)和蘇聯(lián)兩國(guó)曾成功實(shí)現(xiàn)登陸火星，其中美國(guó)的“海盜1號(hào)”和“海盜2號(hào)”火星探測(cè)器還是迄今為止唯一成功實(shí)現(xiàn)通過一次發(fā)射完成環(huán)繞探測(cè)和著陸探測(cè)的探測(cè)器。

 

然而，盡管探測(cè)火星是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)的嘗試，卻依舊讓傳統(tǒng)航天大國(guó)，乃至非傳統(tǒng)航天大國(guó)“趨之若鶩”, 自1996年以來，幾乎每隔26個(gè)月的發(fā)射窗口都有火星探測(cè)器發(fā)射任務(wù)。而在2020年夏，就有三個(gè)國(guó)家的探測(cè)器會(huì)前往火星，分別是阿聯(lián)酋“希望”號(hào)、美國(guó)“火星-2020”和中國(guó)“天問一號(hào)”火星探測(cè)器。

 

既然探測(cè)火星“勝算”不到一半，為何如此多的國(guó)家還甘愿不計(jì)代價(jià)“放手一搏”呢？基于人類目前對(duì)于火星的認(rèn)知，火星是離地球較近且環(huán)境最相似的星球，一直是人類走出地月系統(tǒng)開展深空探測(cè)的前站。在太陽系八大行星中，火星的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)與地球最為相近。火星主要是由硅酸鹽巖石構(gòu)成，有類似地球的巖石地表，火星擁有高山、平原和峽谷等多種地形，南方充滿隕石撞擊的高地和峽谷，北方則多是被熔巖填平的平原，由于自轉(zhuǎn)軸傾角和自轉(zhuǎn)周期與地球相近，火星的晝夜長(zhǎng)短及四季變化與地球也幾乎一樣。

 

在以往探測(cè)中還發(fā)現(xiàn)，火星的表面似乎有液態(tài)水流過的痕跡，現(xiàn)有證據(jù)已表明有水冰存在于火星極地的冰蓋中。水的發(fā)現(xiàn)，引發(fā)人們對(duì)于火星上是否存在孕育生命條件以及火星是地球過去還是地球未來的思考和探索，研究火星對(duì)認(rèn)識(shí)地球演變具有非常重要的比較意義。此次中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)，就將對(duì)火星的形貌與地質(zhì)構(gòu)造特征、火星表面物質(zhì)組成以及火星表面土壤特征與水冰分布展開研究。

 

此外，與地球類似的是，火星周圍也有大氣層。區(qū)別在于，火星大氣層的主要成分是二氧化碳，但是人類可以通過技術(shù)手段對(duì)火星進(jìn)行“改造”，從火星大氣的二氧化碳中提取出氧氣，這樣不僅可以供人類呼吸，還能制成燃料。

 

而基于人類現(xiàn)有的航天能力，飛行時(shí)間8-10個(gè)月即可抵達(dá)火星，相比更遠(yuǎn)的行星和衛(wèi)星，探索火星的任務(wù)周期更為合適。

 

因?yàn)榛鹦桥c地球有著較為類似的環(huán)境和探火不超越人類技術(shù)能力的可行性，使得未來機(jī)器人或人類駐守火星成為可能。在載人登月之后，火星也被公認(rèn)為是人類登陸行星的首選目標(biāo)。

 

歐陽自遠(yuǎn)院士認(rèn)為，通過技術(shù)手段提高火星表面溫度、增加火星大氣濃度等，可以進(jìn)一步建立火星表面生態(tài)環(huán)境。

 

不過，將火星改造成為一個(gè)適宜人類生存與發(fā)展的綠色星球的遠(yuǎn)景是美好的，但具體實(shí)施起來十分不易，工程之浩大、成本之巨、技術(shù)難度之高、科學(xué)實(shí)施步驟之復(fù)雜是可想而知的，可能需要人類通過幾個(gè)世紀(jì)艱苦卓絕的努力才能實(shí)現(xiàn)。

 

看點(diǎn)四：下個(gè)登陸火星的是誰

 

為了拓展第二家園，開發(fā)地外生存空間，從上世紀(jì)60年代開始，美國(guó)、蘇聯(lián)、歐洲以及日本等都競(jìng)相開始探索火星的歷程。而在火星表面登陸則是探索火星中難上加難的任務(wù)，目前只有極少數(shù)國(guó)家的著陸器與火星車曾登陸火星表面。

 

中國(guó)“天問一號(hào)”探測(cè)器發(fā)射之后，按照計(jì)劃，美國(guó)“火星-2020”探測(cè)器也將攜帶“毅力”號(hào)火星車開啟火星之旅。到底哪個(gè)火星車與著陸器將成為著陸在火星表面的下一個(gè)航天器呢？根據(jù)中國(guó)官方日前發(fā)布的信息，中國(guó)首個(gè)火星車高度為1.85米，重約240公斤，設(shè)計(jì)壽命為3個(gè)火星月，相當(dāng)于92個(gè)地球日。專家表示，美國(guó)“火星-2020”火星探測(cè)器中除了“毅力”號(hào)火星車，還攜帶了世界第一架小型無人駕駛直升機(jī)“機(jī)智”號(hào)，它將前往火星車無法到達(dá)的區(qū)域勘察。

 

記者根據(jù)公開資料梳理了一下人類航天器登陸火星的案例。1971年5月，蘇聯(lián)發(fā)射“火星3號(hào)”探測(cè)器，其釋放的著陸器由于遭遇火星沙塵暴，在開始照相掃描22秒后與地球失去聯(lián)系。

 

1975年8月，美國(guó)“海盜1號(hào)”升空，其于次年7月釋放的著陸器順利落至火星表面，向地面?zhèn)骰夭噬掌?/div>

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