焦點訪談：“天問一號”要成功奔向火星，還得闖多少關？

　　央視網消息（焦點訪談）：2020年7月23日12時41分，在海南文昌航天發(fā)射場，長征五號遙四運載火箭將我國首次火星探測任務“天問一號”探測器送往太空。天問奔火，邁出了我國自主開展行星探測的第一步。一切順利的話，“天問一號”將在太空中飛行大約7個月后到達火星附近，通過“剎車”完成火星捕獲，進入環(huán)火星軌道，并擇機開展著陸、巡視等任務，進行火星科學探測。

　　7月23日中午，長征五號火箭搭載著“天問一號”火星探測器在發(fā)射升空2000多秒后達到每秒11.2千米的速度，探測器與火箭順利分離。

　　這是我國火箭迄今為止飛出的最快速度，也是航天器要擺脫地球引力，進入太陽系的最小速度。不過要把探測器成功送入火星軌道，速度達標只是最基本的要求。由于火星和地球都在繞著太陽公轉，速度并不一致，因此，兩顆星球之間的相對位置經常在變動。距離最遠時超過4億公里，最近時也有5500萬公里，當地球和火星都繞行到太陽的同一側時，距離相對較近，適合發(fā)射火星探測器。今年的7月下旬到8月上旬正是這樣一個最佳窗口期，一旦錯過，只能等2022年才能再有機會。為了保證在這段時間將探測器準確發(fā)射入軌道，要做好萬全的準備。

　　中國航天科技集團一院長征五號運載火箭副主任設計師劉秉說：“地球和火星之間的相對位置是實時在變化的，在打靶的時候是打的一個移動靶，差之毫厘，謬之千里，要求準確度非常高。在以往發(fā)射任務中直接向火箭的計算機注入一條軌道參數就可以了，現在是每天都有3條軌道，可以實現連續(xù)14天都有發(fā)射機會，這樣的話就是42條軌道。”

　　42條發(fā)射軌道，最終的目的都是要把探測器從地球運行的軌道送入火星運行的軌道，選擇的并不是距離最短的路線，而是最節(jié)省燃料的路線。火箭把探測器發(fā)射送入空中、甩到地火轉移軌道后，地面控制人員不斷調整火星探測器的飛行方向，逐漸靠近火星，并最終到達火星。

　　劉秉說：“就像兩輛并行運行的車一樣，相當于我們把飛行器從地球這輛車上發(fā)射到火星這輛車上，火星探測器具備中途修正，主動調整自己軌道的能力，快到火星這輛車的時候，火星這輛車剛好也出現在了這個位置。”

　　火星自古就是人類觀察天象時最重要的觀測對象之一，因為與其他星球相比，顏色呈暗紅色，且在空中的位置時常變動，東西方都一度對火星敬而遠之。但隨著天文學的不斷發(fā)展，科學家們卻發(fā)現，火星并非不可捉摸，在整個太陽系中，火星是與地球環(huán)境最相似的行星，也是最有可能有生命存在的行星。隨著科技的不斷進步，從上世紀60年代起，人類開始了利用航天器實地探索火星的旅程。

　　1960年，蘇聯發(fā)射了人類第一個火星探測器“火星1A號”。

　　1965年，美國“水手4號”火星探測器第一次傳回火星圖像。

　　1975年，美國“海盜1號”火星探測器首次成功著陸并展開工作。

　　1997年，美國“旅居者號”成為首個展開工作的火星車。

　　2004年，美國“機遇號”火星車登陸火星，工作15年，是執(zhí)行任務時間最久的火星探測器。

　　2020年，中國人也踏上了去往火星的旅程。

　　揭開生命之謎，探究宇宙奧秘，是人類從古至今最大的追求之一。“日月安屬？列星安陳？”2300多年前，屈原在《天問》一詩中就發(fā)出過對宇宙萬物探求之問，此次火星探測器也以這首充滿好奇的長詩“天問”來命名。從今年7月發(fā)射后，火星探測器將飛行7個月左右時間，在明年2月初到達火星， 屆時探測器與地球間的距離將達到1.9億公里。這么遠的距離，信號衰減很大，使得兩邊的信號接收更加困難，同時，通訊會產生10分鐘左右的延時，地面無法實時給探測器的動作發(fā)出指令。

　　在中國天問一號探測器升空之前，世界各國已經進行了40多次火星探測任務。但是在這40多次嘗試中，僅有半數成功。深空探索的難度，可想而知。

　　此前，各國的火星探測任務一般都采用循序漸進的方法，先環(huán)繞探測，再釋放著陸器到火星表面探測。作為我國首次火星探測任務，“天問一號”一次探測就計劃完成三大任務，環(huán)繞火星飛行、在火星表面著陸以及在火星上進行巡視。一次發(fā)射完成多項任務，可以趕超世界其他國家在火星探測上的進度，但技術更復雜、風險也更大，此前也經過了反復論證和考量。

　　一次探測要完成三個任務，火星探測器主要也由三部分組成。其中上半部分的鈍頭體為保護罩，著陸器和火星車包裹在保護罩內，帶有噴嘴的下半部分為環(huán)繞器。如果能夠成功進入火星衛(wèi)星軌道，環(huán)繞器和著陸器將分離，環(huán)繞器留在軌道上進行為期一年的探測任務，著陸器則將在之后挑選合適時機降落至火星表面。

　　劉彤杰：“著陸平臺也叫著陸器，它和火星車加起來是1300公斤，著陸平臺載著火星車要完成進入大氣、減速、下降、落在火星表面上，這是它最大的使命。”

　　在整個任務中，“天問一號”著陸器登陸火星表面是最讓人期待的環(huán)節(jié)之一，也是難度最高的任務之一。從地球出發(fā)一路奔向火星的途中，探測器將一直處于高速飛行狀態(tài)，要想成功著陸，著陸器要穿越火星稀薄的大氣層，將與火星的相對速度從每秒4.8公里降至零。盡管這個過程只有七八分鐘，因為電磁屏蔽的原因，整個過程全部要靠探測器自主控制完成，因此也被稱為“恐怖7分鐘”。1961年以來，各國共有17次進入火星大氣的探測任務，只有8次成功著陸并順利開展探測工作。

　　中國航天科技集團五院火星探測任務探測器系統(tǒng)副總師賈陽說：“第一個我們關注的點就是近火點的捕獲，這個點是一個機會唯一的點，這個地方出現問題的話，探測器就飛到更遠的深空了，想再回到火星就很難了；第二就是進入火星大氣包括著陸過程，需要探測器根據速度、加速度等等這些情況，包括測量和火星表面之間的距離，做出一系列自主判斷，才能保證探測器安全著陸。”

　　著陸器若能順利落地，就會變身為火星車開始工作的初始平臺，打開延伸坡道，讓火星車從平臺上走到火星地面，開展為期三個火星月、大約92個地球日的探測工作。

　　中國自主研制的火星車是此次“天問一號”任務的一大亮點。此前公布的火星車外形和之前登月的玉兔號月球車有些相似，但是因為火星離太陽更遠，太陽能板從兩個增加到了四個，保證火星車有充足的能量。而整個火星車最引人矚目的就是它樹立在前面的桅桿。

　　國家航天局探月與航天工程中心副主任劉彤杰說：“火星車隨著著陸平臺踏上火星的第一步就是要展開桅桿，睜開眼睛，來看火星神奇的面貌。兩個火星車的全景相機能看前面的地形地貌，又能幫助火星車避開障礙，實施前行實時探測，通過多光譜相機，有好幾個譜段來識別前面的礦物質是什么成分。”

　　此外，火星車上還配有探測雷達、磁場探測儀和氣象測量儀，屆時可以對火星進行全方位的探測，通過尾部信息傳輸設備與地球溝通，傳回探測到的寶貴資料。

　　中國航天科技集團五院火星探測任務探測器系統(tǒng)副總師賈陽說：“火星車帶了六種設備，這六類設備有的是用來觀察火星的地形地貌，有的是觀察火星表面的巖石、礦物成分，還有的是用來測火星土壤分層情況，還有測量氣溫、氣壓、風向和風速、聲音，我們也很期待能夠在地球上聽到來自于火星的聲音。”

　　不過，相比月球車在月球上的行走，火星車面臨的將會是更加嚴酷的自然環(huán)境。因為大氣稀薄，距離太陽更遠，火星上的平均溫度只有零下63攝氏度，最低可達到零下140攝氏度。火星上還經常發(fā)生沙塵暴等極端天氣。如何應對這些情況，不僅關系到火星車是否能正常運轉，也關乎火星車究竟能在火星上工作多久。

　　中國航天科技集團五院火星探測任務探測器系統(tǒng)副總師賈陽說：“火星車有自主的本領，要是判斷出來現在能量已經很缺了，比如挨不過今天晚上，那么火星車能夠自己滅，等到天氣變好，包括陽光變好，也包括溫度條件變得更好，火星車還能自主醒過來。”

　　在人類此前成功發(fā)射并到達火星的探測器發(fā)回來的信息中，我們已經見識到了火星的真實面目。滿目荒蕪，到處是沙土，表面坑洼不平，一些此前成功著陸的火星車也常常遇到走不動的情況。中國火星車設計的速度只有每小時200米，盡量確保它走得更穩(wěn)一些；另一方面也增加了結構上的設計，來應對可能發(fā)生的意外情況。

　　中國航天科技集團五院、中國火星探測任務探測器系統(tǒng)副總師賈陽說：“在行進的過程中，可以調節(jié)車體和地面之間的高度。還可以蟹行運動，也就是說橫著走。”

　　不論是期待還是挑戰(zhàn)都還需要等待近7個月的時間。從地球到月球，再到火星，中國人的深空探索在一步步地走遠。

　　賈陽說：“選擇著陸點的時候有一個考量，火星表面面積廣袤，別的國家已經去過的，或者將要去的地方盡量避開，探測的過程是人類逐漸深化對火星認識的過程，任重道遠。”

　　火星是離太陽第四近的行星，和地球距離比較近而且環(huán)境最為相似，是人類走出地月系統(tǒng)開展深空探測的首選目標。在國際上以往的探測中，發(fā)現了火星曾經有水、甚至現在還存在水的一些證據，所以火星就成為當前國際深空探測的一個熱點。“天問一號”是我國深空探測的首次任務，這次發(fā)射只是一個成功的開始。大約7個月后，“天問一號”將迎來后續(xù)的重要挑戰(zhàn)！