“天問(wèn)一號(hào)”成功發(fā)射，中國(guó)首次火星探測(cè)這四大看點(diǎn)請(qǐng)收好

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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(wèn)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(kāi)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(guò)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(wèn)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(guò)“剎車(chē)”完成火星捕獲，進(jìn)入環(huán)火軌道，并擇機(jī)開(kāi)展著陸、巡視等任務(wù)，進(jìn)行火星科學(xué)探測(cè)。

具體來(lái)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(yáng)翼和定向天線相繼展開(kāi)，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(guò)制動(dòng)后，通過(guò)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(kāi)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(guò)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(kāi)、降落傘開(kāi)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(chē)與著陸平臺(tái)解鎖分離。火星車(chē)駛離著陸平臺(tái)，開(kāi)始巡視探測(cè)。環(huán)繞器進(jìn)入中繼軌道，為火星車(chē)提供中繼通信，兼顧科學(xué)探測(cè)。六是火星車(chē)完成探測(cè)任務(wù)后，環(huán)繞器進(jìn)入使命軌道，開(kāi)展火星全球遙感探測(cè)，兼顧火星車(chē)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(guò)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(wèn)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(chē)攜帶6臺(tái)儀器，計(jì)劃通過(guò)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(chē)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(wèn)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(wèn)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(kāi)啟奔向火星的旅程。此次“胖五”發(fā)射“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器，在國(guó)內(nèi)首次達(dá)到并超過(guò)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(wèn)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(guò)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(wú)僅有。

據(jù)專家介紹，長(zhǎng)征五號(hào)系列火箭接下來(lái)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(chē)”，在未來(lái)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(kāi)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，迄今為止，人類探火成功率很低�？v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(guò)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(lái)，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(wèn)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(kāi)展深空探測(cè)的前站。在太陽(yáng)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�；鹦侵饕�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(guò)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(guò)去還是地球未來(lái)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(kāi)研究。

此外，與地球類似的是，火星周?chē)�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(guò)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(lái)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(yáng)自遠(yuǎn)院士認(rèn)為，通過(guò)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(guò)，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(lái)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(guò)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(shuí)

為了拓展第二家園，開(kāi)發(fā)地外生存空間，從上世紀(jì)60年代開(kāi)始，美國(guó)、蘇聯(lián)、歐洲以及日本等都競(jìng)相開(kāi)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(chē)曾登陸火星表面。

中國(guó)“天問(wèn)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(chē)開(kāi)啟火星之旅。到底哪個(gè)火星車(chē)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(chē)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(chē)，還攜帶了世界第一架小型無(wú)人駕駛直升機(jī)“機(jī)智”號(hào)，它將前往火星車(chē)無(wú)法到達(dá)的區(qū)域勘察。

記者根據(jù)公開(kāi)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(kāi)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�照片�?/p>

1996年12月，美國(guó)“火星探路者”號(hào)發(fā)射。次年7月，其所攜帶著陸器順利落至火星，釋放出“索杰納”號(hào)火星車(chē)，實(shí)現(xiàn)漫游考察并發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)古水痕。

2003年，美國(guó)“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)火星車(chē)分別于6月和7月發(fā)射升空。2010年“勇氣號(hào)”在服役6年后與地球失去聯(lián)系，“機(jī)遇”號(hào)則于2019年2月14日正式停止工作，為15年探索火星表面之旅畫(huà)上完美句號(hào)。

2011年11月，美國(guó)“好奇”號(hào)火星車(chē)發(fā)射升空。2012年8月，“好奇”號(hào)火星車(chē)在火星表面著陸，這是人類迄今在其他星球登陸的最精密移動(dòng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室。

2018年5月5日，美國(guó)“洞察”號(hào)著陸器成功發(fā)射，攜帶可深入星表下5米的鉆頭對(duì)火星進(jìn)行深度鉆巖，并進(jìn)行樣品成分就位分析，實(shí)現(xiàn)人類首次探究火星“內(nèi)心深處”的奧秘。

俄羅斯國(guó)家新聞社23日?qǐng)?bào)道稱，俄羅斯齊奧爾科夫斯基航天研究院專家亞歷山大·熱列茲尼亞科夫贊賞中國(guó)在火星探索方面的成功時(shí)稱，此次中國(guó)發(fā)射火星探測(cè)器不是為了競(jìng)爭(zhēng)，而是為了科學(xué)研究。熱列茲尼亞科夫稱，發(fā)射火星探測(cè)器對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)是里程碑事件，證明中國(guó)在航天領(lǐng)域不斷發(fā)展，不斷占據(jù)應(yīng)有的地位。

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