“天问一号”蓄势待发，四问火星探测

根据中国国家航天局消息，中国首次自主火星探测任务“天问一号”将于2020年7月22日至25日在文昌卫星发射中心择机发射。按照计划，“天问一号”火星探测卫星要一次性实现环绕、着陆和巡视三大任务，此次任务将正式拉开我国行星探测的大幕。

而就在7月20日05时58分，阿联酋的火星探测器“希望号”由H2A运载火箭在日本种子岛航天中心成功发射升空，计划在2021年2月抵达火星。这不仅是阿联酋的首颗火星探测器，也打响了2020年国际火星探测的第一枪。

除了中国的“天问一号”和阿联酋的“希望号”火星探测器之外，根据美国国家航空航天局（NASA）网站18日消息，“毅力号”火星探测器将于美国东部时间7月30日上午7：50（北京时间当天晚上7：50）在佛罗里达卡纳维拉尔角基地发射；印度的“曼加里安2号”也计划于今年发射。

世界各国的多个火星探测器之所以都相约在2020年到火星进行发射是因为大约每隔26个月会发生一次“火星冲日”，这时，太阳、地球、火星位于一条直线上，在这一时间点实施火星探测，探测器飞行的路线最短，最省燃料。

而2020年10月14日就是“火星冲日”，地球将来到火星和太阳之间，距离火星近至5500万公里左右，在这之前两到三个月是地球向火星发射探测器的最佳时期，也叫“窗口期”，所以今年的7至8月份就是就是火星发射的窗口。“天问一号”火星探测任务就是瞄准这一时间窗口进行发射。其实除了两年一遇的窗口期之外，地球和火星之间还有15年一遇的“火星大冲”，这时火星离地球更近更适合火星任务。

前两次“火星大冲”的时间分别是2003年和2018年。2003年时中国才发射神舟五号飞船，第一次实现了载人航天，2018年因为缺少适合的运载火箭也遗憾缺席火星任务，但今年的长征5号运载火箭已经载好了“天问一号”，蓄势待发，这次我们一定不会错过!

火星在我国古代称为“荧惑”，不仅因为它像是红红的火焰，亮度变化无常，还因为火星的轨迹在天空中一会向前一会后退，令人疑惑。千年前的古人除了想象在月亮上有嫦娥、月兔之外，想必也曾不止一次的望着这颗天空中最亮的红色星星陷入想象和沉思吧。现在我们知道火星与地球的距离大约3.7亿千米，是地月距离的一千倍；赤道半径是地球的一半，质量为地球的9/1；火星一天的自传时间为24小时37分，与地球一天的时间的接近，不过围绕太阳公转一圈需要687天；大气稀薄，主要成分是二氧化碳；火星上的表面温度白天为28℃，夜间则为零下132℃。

单就从巨大的昼夜温差来看，火星完全不适合人类居住，不过和其他行星相比，火星的环境还是算“温和”的了，而且火星还是地球的邻居，是人类进行行星探测的第一站。

科学家认为，大约40亿年前火星与地球气候相似，有河流、有湖泊甚至可能还有海洋，众多火星勘测飞行器（MRO）也探测到火星两极覆盖着冰冠，这些“冰”不仅由固态二氧化碳(干冰)还有可能和水冰混合而组成的。

即使没有在火星上找到生命存在或者曾经出现生命的证据，探索使火星的气候变化的原因和对目前火星水源的寻找对保护地球的气候条件也具有重大意义；火星还是人类地外探索技术，包括运载火箭、自动控制、远程通讯等技术的实验场地，为日后人类的深空探测和火星载人工程打下基础；由于历史的原因，公众对火星探测的支持和共鸣是任何其它空间探测对象难以相比的，火星探测有助促进国际交流于提高国际合作。

“天问一号”任务命名取自屈原的长诗《天问》，是屈原对天地、对自然、对人世等一切事物现象的发问，也表达了中华民族对真理的执着坚持和追求。探寻科学真理的道路从来都是曲折而困难的，自20世纪60年代以来，国际上已实施的44次火星探测任务，成功率仅为55%，而完全成功的任务不到40%。

中国第一个火星探测器“萤火一号”2011年搭乘俄罗斯的火箭和福波斯·土壤号组合在一起进行火星探测任务，却因为第二次变轨失败最终坠入太平洋，无缘火星。火星探测困难重重，而这次“天问一号”的探测任务的难度更是史无前例。

首先就是任务难。中国科学院院士、中国空间技术研究院空间科学与深空探测首席科学家叶培建曾介绍：

我国首次火星探测任务将一次性完成“绕落巡”三步走。

第一，要能够对整个火星进行全球观测；

第二，要降落在火星上；

第三，火星车要开出来，在火星上巡视勘测。

叶培建还说到：“这当中有很多难点，如果做成，这将是全世界第一次在一次任务当中完成三个目标。这个工程实现是个很大的创新。”的确，在次之前还从未有哪个国家一次实现火星“绕、落、巡”。美国和欧洲的探测器一般一次只实现一个任务，要么“绕”要么“巡”，历史上一次性成功完成“绕”、“落”的火星探测器就只有美国1975年发射的“海盗一号”和“海盗二号”，但是海盗号系列只是固定着陆器，没有火星车所以不能完成巡视任务。这给“天问一号”的轨道设计和自主能力都提出了更高的任务难度和复杂度，任何一个环节出错就有可能导致整个任务失败或者部分失败。

其二就是运载火箭。这次带着“天问一号”直捣火星的是我国自主研制的大推力运载火箭“长征5号”，近地运载能力达到了25吨，是未来空间站、北斗导航建设，探月三期工程和其他深空探测主力运载火箭。长五系列火箭一共发射了四次，在17年第的长征五号遥二任务有失败的记录，其他三次均获得成功，小编认为升空发射问题不大。但霍曼轨道是算是长五的第一次，火箭上面级的绕地轨道点火是一个关键点，这直接关系到变轨是否成功，也决定着“天问一号”是否能踏上问天路的征程。

其三就是被火星捕获进入火星轨道。要想成功被火星捕获，不仅要保证前面的点火环节顺利得当，同时还需要把握减速时机；探测器入轨后还要保持良好的通信，以让地面控制人员了解任务情况和接收任务指令。被火星捕获这一点有了前两期探月工程的成功经验，问题不会太大。在远程通信和深空信号中继这方面这几年我国也有了长足的进步。为嫦娥四号在月球背面进行通信而搭建的“鹊桥”信号中继卫星提供了经验，同时天链一号02星及天链二号01星两颗中继卫星性能指标已达最佳状态，静待天问一号发射。

其四就是着陆。地火距离是地月距离的一千倍，在保证信号畅通的情况下，地球和火星一次信号交流至少都要花分钟。所以“天问一号”的着陆器在着陆阶段全靠自己，探测器在火星着陆一直是难度最大的阶段之一，由于火星拥有一定的大气，所以在接触火星大气时必须要可靠的隔热罩保证登陆器不被烧毁，降落伞开启的时机也要合适，最后反冲火箭一边要减速，一边要调整姿态，寻找合适的地点降落。比在没有大气月球降落，在更远且有大气的火星降落，对降落器的自动控制系统的要求要更高，难度更大。

“好奇号”的天空起重机

“天问一号”重约5吨，由一个环绕器和一个着陆器巡视器组合体组成，于七月发射后会在太空中旅行近7个月，然后在今年二月份左右被火星捕获。如果一切顺利，再进入火星卫星轨道后，“天问一号”的环绕器就会开始对火星重点地区（着陆候选区）的详查，与陆巡视器成功分离后，就要开始火星全球环绕探测同时作为着陆器和火星车的信号中继。“天问一号”的的主要有6大任务和研究目标：

1.火星全球地貌地形研究和探测

2.土壤厚度及分布

3.次表层地下水的分布

4.火星重点地区（着陆候选区）的详查

5.火星磁层、电离层、大气层及其气候特征

6.火星物理场（磁场、重力场以及内部结构）探测

环绕器在天上探测火星的同时，着陆器和火星车（巡视器）在地面也同时进行研究，其中着陆器着陆器上携带的6种载荷将对相关科学问题展开探测，巡视器还携带了大气环境测试仪，可以获取火星温度、风力等信息，可直观地了解火星和地球环境的异同。据了解，火星车的任务寿命将达到90个火星日，虽然不如好奇号上的核动力电池持久，但只要在下落阶段顺利火星车没有受伤，一定能运行更长时间。要知道原计划寿命同样90个火星日的“机遇号”超期运行近15年，成为人类史上在其它星球行驶时间最长的探测车。

“我们选择去月球,不是因为它很容易,而是因为它很难”。现在我们要去更难的火星上探索，这既是我国首次尝试向地月系统以外的行星投放着陆探测器，又是我国自主深空探测任务的一个里程碑。一旦成功，将标志着我国深空探测技术的进一步成熟，随之而来的就是2030年火星取样返回任务。对于这次“天问一号”火星探测任务来说每一个阶段都是第一次尝试，第一次的难度无疑是巨大的。

“绕、落、巡航”的任务要求对于参与这次任务的科研工作者们来说我想既是艰巨的又是充满激情的，在小编看来“天问一号”只要完成了第一步“绕”并成功向地球传回信息就已经算任务成功了，在此以后的每一个阶段哪怕部分失败也算成功，因为正是失败的经验才筑成了通往成功的道路，科学事业从来都没有只许成功不许失败的道理。期待这次中国火星探测任务，期待“天问一号”给我们荧惑解惑，更期待千万公里外的火星自拍！

（编辑：胡文涛）

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