文/ 陳立 趙聰

長征五號運載火箭成功發(fā)射天問一號火星探測器 王磊攝

人類對火星的探測任務接近半數(shù)都失敗了，幸存者們則帶著滿腹好奇，拍下了熔巖平原、沙丘之海、環(huán)形山和深邃的峽谷，甚至發(fā)現(xiàn)了古老星球水源遺留的痕跡。

微觀與宏觀，往往構成人類認知世界的兩個極端。如今，人類針對火星開展的探測活動試圖將兩個極端融合起來——在宇宙中尋找生命的起源?；鹦牵@顆人類孜孜以求探索了60年的紅色星球，正一點點地被揭開神秘面紗。人類認識宇宙，認識生命的邊界也在不斷擴展。

7月23日，中國邁出行星探測第一步——去火星。12 時41 分，長征五號運載火箭在中國文昌航天發(fā)射場首次執(zhí)行應用性發(fā)射，成功將首次火星探測任務天問一號探測器精準送入地火轉移軌道。

火星探測，中國從此出發(fā)。

火星狂想曲

在西方，火星同樣進入各式神話與想象之中，被視作“戰(zhàn)神”的象征。一直到近代，由天文望遠鏡和天文愛好者一同締造的“火星運河”概念，還一度在西方掀起人們對這顆紅色星球的熾熱狂想。

20 世紀，高倍望遠鏡和光譜分析等技術手段的出現(xiàn)，奏響了新一輪的火星狂想曲。后來借助飛速發(fā)展的航天技術，人們甚至將探測器送到這枚紅色星球的上空，有的甚至與它進行了“親密接觸”?；鹦?，這顆與地球最近也相隔5500 萬公里的地外行星，終于不再被文學想象所獨占，開始步入現(xiàn)代科學的探索范疇。

火星一直以來都是人類深空探測的熱點。從20 世紀60年代開始，人類共實施了45 次火星探測任務（含不久前剛發(fā)射的阿聯(lián)酋“希望號”任務）?！翱梢哉f，除月球之外，火星是最受關注的天體?！敝袊状位鹦翘綔y任務工程副總設計師兼地面應用系統(tǒng)總指揮李春來說。

現(xiàn)代科學研究發(fā)現(xiàn)，在太陽系的八大行星中，火星與地球最為相似：兩者自轉周期相似，一個火星日大約是24 小時39 分鐘；而且火星和地球一樣有四季更迭。火星的質量和體積小于地球，它的半徑約為地球的1/2、體積約為地球的1/7?；鹦莾炔磕芰扛焐⑹?，更早地進入了衰老期，為地球展示了一個完整的演化歷史?？茖W家認為，這對認識地球的過去、現(xiàn)在和未來，有著不可替代的作用。

火星

隨著火星的神秘面紗逐漸被掀開，也將人類帶入了另一重基于科學探測的想象——火星上是否有生命存在？帶著疑問，在火星上尋找生命的遺跡，成為火星探測中最激動人心的目的之一。

地球VS 火星

老年星球的水之謎

尋找可能的生命，水無疑是一條重要的線索。水是生命賴以生存的最基本條件，是構成生物體的主要成分。我們生活在一個表面積71%由海洋覆蓋的藍色星球，那紅色明亮的火星呢？

30 多億年以來，火星表面一直處在與現(xiàn)代火星環(huán)境相似的寒冷且干旱的狀態(tài)，表面不存在液態(tài)水，實際探測也證實了這一點。但是，在火星次表層是否存在地下水？地下水系統(tǒng)能維持多長時間？

不同濃度地桃花提取物表現(xiàn)出對刺莧和稗生長初期不同程度的抑制作用。地桃花在我國分布廣泛且具有較強的生長能力和繁殖力，對地桃花提取物除草活性化合物的進一步研究，可為其作為一種天然的除草劑和生長抑制劑提供更科學的依據。

為了回答這些問題，人類一方面發(fā)射火星探測器，利用各種遙感技術對火星進行全方位的探測；另一方面借助高精度和高空間分辨的現(xiàn)代分析技術，在實驗室對火星樣品（即火星隕石）進行分析測試。

大量探測結果表明，約35 億年之前，火星有過一段溫暖濕潤的時期，曾有河流、湖泊和海洋。主要證據之一是河流沖刷形成的地形地貌。對火星表面化學組成和礦物組成的探查，進一步證實液態(tài)水的存在，其中包括巖石在水的作用下發(fā)生風化形成的粘土礦物，以及湖泊蒸發(fā)沉淀出來的鹽類礦物。美國好奇號火星車曾對著陸區(qū)的蓋爾撞擊盆地進行詳細調查，證明那里以前是湖泊。

火星在最明亮的時候看上去如同一顆火球，其實它溫度極低，接近于地球的南極。呈現(xiàn)紅色的原因，是因為火星的土壤富含氧化鐵，就像土地生了銹。這是風與水雙重侵蝕作用的結果，由此也證明火星曾經存在過大量的水和大氣。

蓋爾撞擊坑可能存在過湖泊的假想圖

一項項科學成果的出現(xiàn)，加深了人類對火星的認識：火星曾有足夠的內部熱能、地質構造活動強烈、巖漿—火山作用活躍，形成了太陽系最高的火山山峰——奧林帕斯山和太陽系最長的峽谷——水手大峽谷；火星曾有比現(xiàn)在濃密得多的大氣層，表面存在過液態(tài)水，火星表面觀測到干涸的水系、湖泊和海洋盆地，有過適宜生命繁衍的環(huán)境，并可能孕育過生命；火星存在小天體撞擊形成的巨大撞擊坑和洪水沖刷的痕跡。對火星電離層的探測還發(fā)現(xiàn)，由于缺少偶極磁場保護，在太陽風粒子的轟擊下，火星上的氫離子與氧離子以2 ∶1 的比例逃逸，解釋了另一部分水的丟失之謎。

如今，火星已經是一顆老年期的行星。人類對它的探測成果，大大促進了太陽系起源與演化、地外生命信息探尋、比較行星學等深空探測重大科學問題的研究，并激發(fā)了深入探測火星甚至載人探測的熱情。

“中國也渴望加入到探測隊伍中來。探測和研究火星，最終目的是為地球和人類社會的可持續(xù)發(fā)展服務?！敝袊状位鹦翘綔y任務工程探測器系統(tǒng)總設計師孫澤洲說。

奧林帕斯山

中國深空探測的起點

在“嫦娥一號”任務取得圓滿成功后，中國也在謀劃深空探測后續(xù)發(fā)展，火星很快進入視野。孫家棟、葉培建等院士提議要搶占先機，啟動探火任務。

2010年8月，8 位院士聯(lián)名向國家建議：開展月球以遠深空探測的綜合論證。國家國防科工局立即組織專家組開展發(fā)展規(guī)劃和實施方案論證?；鹦翘綔y，成為中國深空探測的起點和重點。

另一方面，中國還以國際交流合作的形式，嘗試“搭車”去火星。2011年11月8日，由航天科技集團上海航天技術研究院509 所研制的螢火一號探測器和俄羅斯的“福布斯—土壤”探測器一起搭乘俄羅斯運載火箭起飛，“螢火”取自“熒惑”諧音。但“福布斯—土壤”探測器未能按照計劃變軌，隨后，有關方面宣布放棄獲取探測器信號的嘗試，任務以失敗告終。

“螢火一號”出現(xiàn)意外之后，中國決心自主開展火星探測任務。有專家總結，中國要想實現(xiàn)自主深空探測，除了探測器這個“主角”，還要解決運載火箭推力不夠的問題，并織起更強大的深空探測網。

探測器系統(tǒng)副總指揮李振才回憶：“2013年3月，航天科技集團的專家提出‘我們自己上火星’，一步實現(xiàn)環(huán)繞、著陸、巡視探測的目標?！?/p>

水手大峽谷

2014年9月，國防科工局探月與航天工程中心召開首次火星探測任務先期啟動會，明確了要圍繞探測器這條主線，啟動先期研制工作。中國空間技術研究院立即成立型號研制隊伍，從2014年10月開始“自掏腰包”，先動了起來。那時，一些重要的試驗保障設施還不齊全。

在對實施方案經過三輪迭代和深化后，中國首次火星探測任務（天問一號任務）于2016年1月批準立項，把目標定為：在國際上首次通過一次發(fā)射任務，實現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸、巡視探測，成為世界上第二個獨立掌握火星著陸巡視探測技術的國家。

當時，我國已成功完成數(shù)次月球探測任務，為探火任務打下了基礎。探火任務由工程總體和探測器、運載火箭、發(fā)射場、測控、地面應用五大系統(tǒng)組成。

工程目標為：突破火星制動捕獲、進入/下降/著陸、長期自主管理、遠距離測控通信、火星表面巡視等關鍵技術，實現(xiàn)火星環(huán)繞探測和巡視探測，獲取火星探測科學數(shù)據，實現(xiàn)我國在深空探測領域的技術跨越；建立獨立自主的深空探測工程體系，包括設計、制造、試驗、飛行任務實施、科學研究、工程管理以及人才隊伍，推動我國深空探測活動可持續(xù)發(fā)展。

螢火一號探測器模型

科學目標則是通過環(huán)繞火星探測和火星表面巡視探測，研究火星形貌與地質構造特征；研究火星表面土壤特征與水冰分布；研究火星表面物質組成；研究火星大氣電離層及表面氣候與環(huán)境特征；研究火星物理場與內部結構。

五大系統(tǒng)就位，“天問一號”啟程

中國深空探測“領路人”之一的葉培建院士，回顧自己在參與“東方紅一號”的年代，根本不敢想象有生之年還能看到中國邁向火星。他賦詩曰：“紅色星球走一回，四億征程只等閑。”

2016～2018年，探測器的初樣研制工作歷時兩年，做了800 多個專項試驗。2018年9月，探測器轉入正樣研制階段；2020年3月，探測器順利通過出廠評審，4月初運抵文昌航天發(fā)射場。

探測器系統(tǒng)總指揮赫榮偉表示，在不到4年的時間內，探測器完成研制驗證、出廠，這是所有參研單位的工程師、科學家辛勤勞動所得的，大家創(chuàng)造了中國航天同類型號的研制記錄。探測器的參研單位多達600 余家，多線并行，多地并進；各階段總裝、測試及大型試驗涉及大量的協(xié)調管理和資源保障工作；光軟件規(guī)模就高達155 萬行代碼……

“我們起步晚了，但3 個目標一次任務完成，起點很高；我們的成果來得慢了，但從工程立項到產品出廠這么快，是你們的光榮和自豪，更要珍惜這次機會?！比~培建對火星探測器研制團隊道出肺腑之言。

“而且，中國火星探測沒有重復其他國家的老路?！苯衲陜蓵陂g，全國政協(xié)委員、中國空間技術研究院黨委書記趙小津表示，一次發(fā)射實現(xiàn)三大目標，這是其他國家火星探測任務從沒有過的，面臨的挑戰(zhàn)也是前所未有的。

去年11月14日，中國火星探測任務首次公開亮相。當天，中國國家航天局邀請部分外國駐華使館及國際組織人員，赴河北懷來觀摩著陸器懸停避障試驗。安全著陸是火星探測任務最艱巨的挑戰(zhàn)之一。因為現(xiàn)在的火星是一個干旱、寒冷的世界，大氣稀薄，塵暴肆虐，試驗旨在驗證探測器安全著陸火星的“本領”。

據火箭系統(tǒng)總設計師李東介紹，在此次火星探測任務中，具備5 噸地火轉移軌道運載能力的長征五號火箭，第一次達到并超過第二宇宙速度，將天問一號探測器送上通往紅色星球的“長途高速公路”。

“天問一號”發(fā)射成功， 指揮中心工作人員正在拍照留念 史嘯攝

中國首次火星探測任務標識

在深空探測的漫長旅途上，信號十分微弱，如果接收不到信號，就無法對探測器的運行狀態(tài)做出判斷和調整。北京航天飛行控制中心專家麻永平也表示，之前中國還沒有達到探測火星的測控要求，后續(xù)規(guī)劃中要建大口徑天線，慢慢具備火星探測、測控的能力。

為圓滿完成這次探測任務，測控系統(tǒng)基于現(xiàn)有航天測控網和深空探測網（包括北京航天飛行控制中心、佳木斯測控站、喀什測控站、阿根廷測控站等），在喀什站補充建設了3 副35 米口徑天線，與已有天線組成天線陣系統(tǒng)，以完成對火星探測器狀態(tài)監(jiān)視、軌道測量、飛行控制、在軌管理和應急處置等任務。

2020年年初，地面應用系統(tǒng)在天津武清還建成了1 副70 米口徑天線，與已有地面數(shù)據接收天線進行組陣，接收火星傳回的科學數(shù)據。這副亞洲最大的單口徑全可動天線，將接收最遠4億公里外火星車傳回地球的微弱信號。

萬事俱備。2020年7月23日，長征五號踏焰而起，數(shù)億公里的“天問”之旅開始了。這也是中國火箭飛得最快的一次。