见证历史！我国首个火星探测器“天问一号”发射成功，将挑战「三步走」，开启中国航天新篇章

北京时间 2020 年 7 月 23 日 12 时 41 分，天问一号海南文昌航天发射场，见证将挑搭载着“天问一号”探测器的历史长征五号遥四运载火箭成功发射，我国首个火星探测任务顺利开启！国首个火国航

集轨道飞行器、着陆器、启中火星漫游车于一身的天新“天问一号”，按计划将在约 7 个月后到达神秘的篇章红色星球，我国将向着全球第三个降落在红色星球的天问一号国家这一目标前进。

“绕-落-巡”，见证将挑一次完成

由于公转的历史原因，当前正值火星探测窗口期，国首个火国航火星到地球的直线距离最短，因而探测火星所需时间短、所携燃料少、成本也更低。

面对这个错过要等 26 个月的火星探测良机，阿联酋沿轨道巡航的“希望号”火星探测器已于本周一顺利发射，而美国“毅力号”火星车暂定于本月 30 日发射。

作为本轮火星探测竞赛第二位出场的选手，总重约 5 吨的“天问一号”作为世界领先探测器之一，设计更为独特，包括：

• 一架轨道飞行器，置有探测火星地形地貌、岩石分布和气候变化的 7 台科学仪器；在火星车探测期间还将作为通信中继器；

• 一个着陆器，将完成进入大气减速下降、落火、延伸坡道等一系列动作，以便火星车驶向火星表面；

• 一辆火星漫游车，置有 6 台科学仪器，将探测火星地下土壤分布和成分，并探究地下水是否有分布。

三部分中，最值得关注的是火星漫游车，这也是中国首辆火星车，将对火星进行全方位的探测。

火星车重量约 240 公斤，为“毅力号”的四分之一，以太阳能电池为动力，设计寿命 90 天，但可正常使用 2-3 年。其顶端有避障的全景相机和可识别矿物质成分的多光谱相机，另配有 4 个太阳能电池板、探测雷达、磁场探测仪和气象测量仪。

就在昨日，“天问一号”1:1 火星车正式对外发布，其征名工作也已面向全世界展开。

整体上，“天问一路”探火的主要目的在于——采集火星影像、探测表面物质及构成、内部地质结构、火星气象与环境等。

探测器“问天”，主要有三步，首先是轨道飞行器环绕火星探测。

接着，着陆器将软着陆并进行定点探测，预计将于 2021 年 4 月 23 日登陆。

最后，火星车将开始为期 90 余天的非定点巡视探测。

可见，这一任务将一次性完成“绕-落-巡”三步，其意义非凡——按计划，这将是全球首次探测火星就实现软着陆的任务。若任务顺利完成，中国必将跻身太空探索领域领先者之列。

与此同时，此次搭载“天问一号”探测器升空的长征五号遥四运载火箭实力也不容小觑。

长征五号遥四运载火箭体型巨大，长约 57 米，起飞重量约 870 吨，箭体直径 5 米，而此前我国现役火箭箭体直径最大的仅有 3.35 米。

而作为我国现役运载能力最强的火箭，其起飞推力超过 1000 吨、运载能力近 25 吨，将我国现役火箭的运载能力提升了 2.5 倍。

火星探测本就是航天领域的一大难点，完成“天问一号”任务的火箭也非长征五号遥四运载火箭莫属。

今天，「胖五」再次出征，也创下了两个首次：

• 长征五号系列运载火箭首次应用性发射；

• 我国运载火箭首次执行地球-火星转移轨道发射任务。

此外值得一提的是，火星探测任务对于测控通信系统而言也是一大考验。基于此，“天问一号”将使用我国独立的深空网，而西安卫星测控中心喀什深空站、佳木斯深空站将提供全程测控支持。

雷锋网了解到，上述两大深空站已携手完成包括嫦娥三号、嫦娥四号等在内的多次测控任务。

挑战，前所未有

早在战国时期，火星在人们心中就颇具神秘感。

正所谓“荧荧火光，离离乱惑”，火星被古人称为「荧惑」，被认为是战争、死亡的代表。

千百年来，人们对这颗红色星球的好奇心从未消失，但火星探测绝非一蹴而就，直到 4 年前，中国火星探测计划才正式提上日程。

2016 年 1 月 11 日，中国火星探测任务正式立项，在 2020 年左右发射一颗火星探测器的想法埋下了种子。

经三年努力，2019 年 10 月 11 日，中国火星探测器亮相。一个月后，中国火星探测任务也首次公开。

2020 年 4 月 24 日，中国行星探测任务被命名为“天问”，首次火星探测任务被命名为“天问一号”。

这之后，“天问一号”任务进入最后的准备阶段，等待 26个月一遇的「探火」良机。

尽管航天人为了确保我国首次火星探测任务顺利完成，在前期尽全力攻坚克难，但火箭成功发射仅意味着第一步成功迈出，一切才刚刚开始。

可以说，这次任务“持续时间长、风险环节多、实施难度大”，面临的挑战是前所未有的。毕竟，一次性实现“绕-落-巡”三大任务，这在世界航天史上还是首次。

此次任务之难，主要在于以下几个层面。

其一，即便在窗口期，火星也依旧是一颗遥远的星球，探测器携带有限燃料出远门，为探测器飞行轨道的精密设计提了很高的要求。

其二，若探测器经过 6-7 个月漫漫旅途后顺利进入火星轨道，能否被火星捕获也是一大难点，切入点的远近直接关系到探测器是被捕获、掠过火星还是坠毁。

其三，整个任务最大的挑战便是如何成功着陆火星。探测器将 4.8km/s 的速度降到 0，需要 7 分钟左右，而这个过程也常被称为「恐怖 7 分钟」。何时减速、进入大气的姿态与角度如何，都需要精准控制，但鉴于人类对火星的认知不足，加之地火之间单程无线电信号的延时问题，依靠地面指挥实属不易。

对此，北京航天飞行控制中心首次火星探测任务型号总师崔晓峰曾表示：

在世界上现有的 40 余次火星探测任务中，能够安全度过这 7 分钟的仅有 9 次。

需要说明的一点是，自上世纪 60 年代以来，探测火星几乎贯穿着整个人类航天史，但直到今天，全球范围内火星探测任务成功率还不足五成。

1960 年 10 月，前苏联连发史上首枚、第二枚探测器“火星 1A 号”和“火星 1B 号”，却连地球轨道都未到达。

此后，前苏联和美国的探测器或发射失败、或与地面失去通信联系、或被烧毁，多次尝试均以失败告终。

1964 年，失败魔咒首次被打破。12 月 28 日发射的美国“水手 4 号”，于 7 个月后终于在距火星表面 9800 千米的上空掠过火星，向地球发回 21 张照片，这也是史上首个成功到达火星并发回数据的探测器。

1970 年代，火星探测器（美国“水手 9 号”）才首次进入环绕火星轨道。

此后，日本、欧洲航天局、印度纷纷加入火星探测的队伍，加上本周一发射的阿联酋“希望号”，人类向火星发射航天器已有 47 次。

然而，截止目前，有 11 次任务连地球引力范围都没出，而在成功前往火星的 35 次任务中，就有 5 次中途失联。

火星，我们来了

既然探测火星困难重重，那么挑战这一任务的原因何在？

在好莱坞科幻片《火星救援》中，宇航员马克遭遇风暴，被迫成为了“火星上的鲁滨逊”。为了活下去，曾是植物学家的马克开始自制肥料，在火星上种土豆。

究竟能否在火星上种土豆，虽然这个问题对于还未登上过火星的人类来讲还是个谜，但人类移民火星的美好设想一直存在。

科学界较为一致的看法是，如果人类未来要星际移民，火星将是太阳系中最值得研究的一个星球。

地球与火星几乎都于大约 45 亿年前形成。作为太阳系从内向外数的第四颗行星，火星是太阳系中自然环境最接近地球的星球，组成成分相同，自转轴倾角、自转周期与地球相近（一个火星日约为 24 小时 39 分），也存在四季变化。

值得一提的是，火星并非“火球”，由于土壤富含氧化铁，其表面呈现红色，但实际上温度极低，火星表面温度白天为零下 5 摄氏度，夜晚则可达到零下 87 摄氏度。

而火星表面的氧化铁土壤正是经风和水的双重侵蚀产生，也就是说，曾经的火星上存在着大量水和大气。

虽然如今的火星是一颗沙漠行星，表面多是沙丘和砾石，大气中主要是二氧化碳，尘暴频发，但其重力约为地球的五分之二、大气稀薄且存在液态水痕迹，因此改造后有望成为人类移民的首选星球。

纵使未来移民难以实现，研究这颗神秘的星球，也将让我们对地球、太阳系、乃至宇宙更为了解。

我国行星探测任务以“天问”为名，正是寓意着探求科学真理征途漫漫。

日月安属？列星安陈？

古有屈原向世间事物发出百余问，今有中国“天问一号”向火星出发。

让我们祝福中国航天，静候“天问”佳音。

引用来源：

https://weibo.com/u/6528178851

https://www.ithome.com/0/499/138.htm

https://xw.qq.com/cmsid/20200717A0JNR700

https://tech.sina.com.cn/d/2020-07-22/doc-iivhvpwx6769885.shtml

https://baike.baidu.com/item/%E7%81%AB%E6%98%9F/5627

https://www.takefoto.cn/viewnews-2236233.html

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