火星，這顆赤色星球，古往今來都充盈著迷人色彩。它是太陽系中距離地球較近、自然環(huán)境與地球最為類似的行星之一，一直以來都是人類深空探測的熱點(diǎn)。從1961年至今，人類已實(shí)施火星探測活動(dòng)達(dá)44次，但成功和部分成功的任務(wù)一共僅有22次?；鹦蔷嚯x地球的最遠(yuǎn)距離為4億千米，最近距離為5 500萬千米。由于地球和火星的公轉(zhuǎn)周期不同，兩個(gè)行星大約每兩年“相遇”一次，即地球與火星之間的距離較近。在“相遇”期間，從地球上發(fā)射火星探測器可以縮短抵達(dá)火星耗時(shí)，節(jié)省燃料，從而降低“探火”成本。

2020年7-8月迎來了兩年一次的“火星發(fā)射窗口期”。這一次，中國來了。

火星，地球的前世還是未來

不滿足于地球的懷抱，人類將目光投向更深遠(yuǎn)的太空。

在太陽系，火星的自然環(huán)境與地球最為接近，兩者幾乎都形成于約45億年前，組成結(jié)構(gòu)也大致相同，有核、幔、殼。

火星與地球有著相似的自轉(zhuǎn)周期，一個(gè)火星日大約是24小時(shí)39分鐘，而且它還和地球一樣，也有四季更迭。但是，從人類目前掌握的有限情況看，兩者之間又有著顯而易見的不同：從外形上看，火星個(gè)頭更小，它的半徑約為地球的1/2，體積約為地球的1/7。

與我們這個(gè)有71%海洋覆蓋率的藍(lán)色星球不同，火星表面呈現(xiàn)出紅色，在它最明亮的時(shí)候猶如一團(tuán)火球。實(shí)際上，這一紅色并不是真正的火焰，火星上的溫度反而極低，接近于地球的南極。呈現(xiàn)紅色的原因，是火星的土壤富含氧化鐵，就像是土地生了銹。這種土壤的形成，是風(fēng)與水雙重侵蝕作用產(chǎn)生的。由此可見，火星上曾經(jīng)存在過大量的水和大氣。

時(shí)空流轉(zhuǎn)，這顆與地球同齡的星球，表面怎么變成如此荒漠般模樣？火星是我們的過往，還是地球未來的歸宿？或許，它亦可成為人類改造的對象，在若干年后成為一個(gè)宜居的地外家園？所有的問題，只有等到我們“身臨其境”后才能一步步得到解答。

萬眾期待中，中國開啟了首次火星探測之旅。

“天問一號”，向火星“發(fā)問”

“圜則九重，孰營度之？”屈原曾發(fā)出嗟嘆。而今，“天問一號”將勇敢作答。

2020年7月23日12時(shí)41分，中國首個(gè)火星探測任務(wù)“天問一號”探測器在中國文昌航天發(fā)射場由長征五號遙四運(yùn)載火箭成功發(fā)射。

“天問一號”此次探路的主要任務(wù)包括：

1.采集影像資料；

2.測物質(zhì)，測元素，如火星表面有什么物質(zhì)，物質(zhì)的構(gòu)成成分是什么；

3.測環(huán)境；

4.看火星內(nèi)部，如淺層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地底分層結(jié)構(gòu)等；

5.看火星氣象，如沙塵暴、溫度變化等。

此次探路還將一次性完成“繞”“落”“巡”三大任務(wù)，即軌道器環(huán)繞火星、著陸器登陸火星、火星車巡視表面。如果完成任務(wù)，這將是全世界首次在一次任務(wù)中完成三個(gè)目標(biāo)。

作為中國首次火星探測任務(wù)的“主角”，“天問一號”在結(jié)構(gòu)和性能上有著自己的風(fēng)格：它由環(huán)繞器和著陸巡視器組成，著陸巡視器又分為進(jìn)入艙和火星車。當(dāng)“天問一號”運(yùn)行到選定的進(jìn)入窗口后，探測器進(jìn)行降軌控制，釋放著陸巡視器，環(huán)繞器則進(jìn)行升軌控制，進(jìn)入中繼通信軌道，為火星車提供中繼通信鏈路，并開展環(huán)繞科學(xué)探測。

2020年8月2日，“天問一號”探測器3 000 N發(fā)動(dòng)機(jī)開機(jī)工作20秒鐘，順利完成第一次軌道中途修正，繼續(xù)飛向火星。后續(xù)，“天問一號”探測器還將經(jīng)歷深空機(jī)動(dòng)和數(shù)次中途修正，奔火飛行6個(gè)多月后抵達(dá)火星附近，通過制動(dòng)被火星引力捕獲進(jìn)入環(huán)火軌道，開展著陸火星的準(zhǔn)備和科學(xué)探測等工作。

從“三環(huán)”到“四環(huán)”，跨越的是4億千米

在太陽系里，八大行星以太陽為核心公轉(zhuǎn)，形成了八個(gè)環(huán)形軌道，其中地球位于“三環(huán)”，火星則在“四環(huán)”運(yùn)行。要想沖出地球抵達(dá)火星，從“三環(huán)”跨越到“四環(huán)”，需要長途跋涉10個(gè)多月，直線距離突破4億千米的旅程。要經(jīng)歷發(fā)射入軌段、地火轉(zhuǎn)移段、火星捕獲段、火星停泊段以及離軌著陸段等五大階段。

其中，地火轉(zhuǎn)移段指的是從探測器與火箭分離后，到進(jìn)入火星引力影響球的飛行階段。這一階段是“天問一號”任務(wù)里耗時(shí)最多的部分，需要近7個(gè)月之久。

經(jīng)過以億千米計(jì)的奔襲后，“天問一號”進(jìn)入火星引力影響球，就開始被火星捕獲了。發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火進(jìn)行近“火”制動(dòng)，將探測器的飛行速度降下來，俯下身段，讓火星捕獲。一旦被火星成功捕獲，探測器就會在火星軌道運(yùn)行，成為一顆繞“火”衛(wèi)星。接著，探測器就開始進(jìn)入火星停泊段。

火星停泊段并不是停泊在火星軌道上不動(dòng)，而是在一個(gè)極軌道上繞“火”飛行。這個(gè)階段要持續(xù)幾個(gè)月，直至探測器降軌后轉(zhuǎn)入兩器分離階段。

既然已經(jīng)到了火星軌道，為何還要繞飛數(shù)月而不是直接落到火星呢？原來，這個(gè)階段的繞“火”飛行，就是為了讓地面控制環(huán)繞器上的高分相機(jī)對首選著陸區(qū)進(jìn)行詳細(xì)勘察，并拍照成像。經(jīng)歷多圈精準(zhǔn)成像后，我們看清了“落腳點(diǎn)”，才能更好地控制“天問一號”準(zhǔn)確著陸到理想?yún)^(qū)域。

掌握新技術(shù)，迎接新挑戰(zhàn)

嫦娥四號登陸月背，中國航天跨越了38萬千米的距離，經(jīng)歷了10余年、4個(gè)型號任務(wù)的不懈努力，才得以“圓夢廣寒宮”。如今，“天問一號”面臨的是1 000多倍于地月的距離，1/4的準(zhǔn)備時(shí)間，一次任務(wù)實(shí)現(xiàn)“繞”“落”“巡”三大目標(biāo)?？缭绞酵黄疲⒍〞砀喔碌碾y題。對我國科研人員來說，必須勇闖難關(guān)、贏得挑戰(zhàn)。