中国太空探索一大步：「天问一号」，目标火星

北京时间 7 月 23 日 12 时 41 分，中国现役运载能力最强的长征五号火箭，在文昌航天发射中心成功执行中国首次火星探测任务——「天问一号」，中国首个火星探测器搭载「长征五号」遥四运载火箭踏上前往火星的征程。

伴随着发动机引擎的轰鸣，「胖五」（网友对长征五号系列火箭的昵称）直冲云霄，它会将探测器先送往地火转移轨道短暂停留，为其前往火星的漫长跋涉做准备。预计在今年年底或明年年初，探测器将在火星着陆，展开为期半年的全球性和综合性探测。

如果任务进展顺利，我国的深空探测能力和技术水平将实现跨越式发展，成为世界第三个在火星着陆，第二个在火星巡视的国家。从长远角度来看，火星探测有助于人类更好地理解地球、利用地球，同时为实现火星殖民的目标奠定基础。

目标，火星！

自 1960 年前苏联向火星发射探测器以来，人类相继向火星发射了 47 个探测器，相关探测任务基本由美俄独占。本来，中国完全有机会在 2011 年奔向火星，却因「搭便车」失败滞后了 9 年。

那次的任务是一次中俄联合的火星探测。中国和俄罗斯分别派出了「萤火一号」和「福布斯-土壤」火星探测器，它们共同搭乘俄「天顶-2SB」运载火箭从拜科努尔发射场呼啸升空。根据预定计划，两国火星探测器先由运载火箭送入太空，随后俄方探测器应依靠自身动力开始远航，最终到达火星轨道释放「萤火一号」。但由于俄方探测器在停泊轨道上姿态失控，最终导致其滞留近地轨道，未能飞出地球坠入海洋。俄联邦航天署、欧洲航天局曾多次遥控解救，仍无济于事。

在整个计划中，俄方担当着主要角色，中方「萤火一号」探测器需全程借助俄方载具的运送才能完成任务。那次事件让中国更加坚定了航天「凡事不能求人」的决心，不仅要有自己的大推力运载火箭，还要从里到外攻克这项复杂的系统工程。

9 年后，中国航天卷土重来。首次火星探测任务被命名为「天问一号」。

2020 年 7 月 17 日，海南文昌，长征五号遥四运载火箭已垂直转运至发射区｜视觉中国

与此同时，各国也最近密集地吹响集结号，频频向火星进击。

率先发射的是阿联酋。其首个火星探测器「希望号」在 7 月 20 日，由日本 H2A 运载火箭从日本鹿儿岛发射升空。除了紧随其后的「天问一号」，美国的「毅力号」也计划于本月底飞往火星。

为什么各国要这个时候扎堆发射火星探测器？答案很简单：抓住火星的最佳发射窗口。一旦错失良机，至少要再等上两年。

众所周知，地球和火星身处太阳系，都围绕太阳公转。由于地球在内圈，火星在外圈，且公转轨道是一个椭圆，导致二者的距离每时每刻都在发生变化。从最近的 5500 万公里到最远相隔 4 亿公里，为了节省燃料，人类需要在地火相对距离最近时登陆，而这样的机会每 26 个月才会开启一次。最近一次恰好是在今年 7 月和 8 月期间。

从地球到火星的霍曼转移轨道，这样的发射窗口每 26 个月一次 | NASA

不仅如此，受地球引力的影响，探测器无法实现直线飞行，需要变换轨道才能抵达火星。据了解，航天器的火星探测之旅，至少需要完全克服地球引力，超过第二宇宙速度 11.2 千米/秒，抵达时火星引力会将它「收入怀抱」。

天问一号：登火第一步

从地球到火星，航天器首先要从地球逃逸进入地火转移轨道，期间需要几次轨道修正，轨道修正的次数取决于逃逸时的位置和速度精度，其次是要成功制动被火星捕获，才能开展后续的降落着陆。

遥远的地火距离，是摆在火星探测前的第一道门槛。

虽然着陆平台搭载的火星车，从进入火星大气层到着陆只有短短的七分钟，却被人们称为「恐怖 7 分钟」。因为从探测器上发出的电波，经过几亿公里传到地球后十分微弱，再加上宇宙噪声，很容易把传输信号淹没掉。所以要完全依靠着陆器的自身本事，探测器也要有较高的自主性。

发射前一天，天问一号着陆平台和火星车终于揭开了神秘面纱。

最受关注的火星车，高度达 1.85 米，重量约为 240 公斤，装配有 4 个太阳能电池板、探测雷达、磁场探测仪和气象测量仪，以便对火星进行全方位的探测。车身外形和《机器人总动员》的瓦力有些神似。顶端的方形设备是火星车的「眼睛」，内置了全景相机和多光谱相机，能够保证火星车规避障碍，自由进行实时探测，同时识别火星上的各种矿物质成分。

中国第一台火星车，它将在火星上开展地表成分、物质类型分布、地质结构以及火星气象环境等探测工作｜央视新闻截图

抵达火星之后，「天问一号」火星探测车不仅要在火星表面进行探测作业，还要将它在上亿公里之外的所见所闻传回地球。

在众多火星探测车中，最具代表的要属美国在 2011 年 11 月发射的「好奇号」，其设计寿命是 2 年，不过 8 年多过去了，它的状况依旧非常良好，因而探测任务被无限期延长。

「好奇号」有一个独特的优势，那就是其采用了的核电池，使用寿命远高于太阳能电池。这个「核动力」电力系统设计的使用寿命为 14 年，但实际上，14 年后它还有 100 瓦剩余电量。而且，在火星这个沙尘暴频发的极端天气下，核电池的性能都要比太阳能电池优越。

和我国一次实现「环绕、着陆、巡视」3 个目标任务相比，「好奇号」的任务是探测火星气候及地质，探测盖尔撞击坑内的环境是否曾经能够支持生命，探测火星上的水，及研究日后人类探索的可行性。

「天问一号」任务火星探测器着陆后行动动画模拟图 | 央视新闻

据了解，在正式开展探测作业前，着陆平台要载着火星车完成大气减速下降、落火、延伸坡道。这对自动控制、返回式降落、软着陆等技术指标，精度要求非常高。否则，探测器要么到达不了火星轨道，要么撞到火星上，要么就会飞越火星。

九天微星轨道控制工程师吴霞表示，航天是一项高风险的系统工程，任何一个细节都决定了任务的成败。只有万无一失，才能保证任务的成功。人类迄今四十多次探索火星的尝试中，大部分都以失败告终，成功率仅为 40%。曾经的中俄联合火星探测由于俄方卫星在停泊轨道上姿态失控，最终未飞出地球而坠入海洋。

尽管地火距离更远、着陆技术难度更大、工程的复杂程度更高，但中国在探月任务中，积累了大量的深空探测经验，天问一号或将进一步缩短中国与美国、俄罗斯等在深空探测技术方面的差距。

殖民火星「五步走」

根据小火箭创始人、航天专家邢强博士的测算，天问一号预计将在 2021 年 2 月 11 日，也就是 2021 年的大年三十被火星引力俘获，然后在 2021 年 4 月 23 日，也就是 2021 年的中国航天日前夜，开始实施火星着陆机动。

中国航天科技集团五院火星探测器副总设计师贾阳此前表示，「天问一号」的最大亮点是：将通过一次发射，实现火星环绕、着陆和巡视三项任务，开展对火星全球性和综合性的探测，并对火星表面重点地区进行精细巡视勘察。采用这种「一举三得」的探火方式，起点高、效益高，在人类火星探测史上前所未有。

火星是太阳系内除地球外发现液态水存在的行星，也是将来人类最有可能移民外星的选择之一，所以它成了各国深空探测的主要目标。虽然美苏先于中国半个世纪探测火星，但在人类探索宇宙的征途上，也仅仅是在万里长征中迈出了一小步，还需要全人类的共同进步。

九天微星创始人兼 CEO 谢涛认为，提前了解火星不仅有助于人类更好地保护和利用地球，更重要的是，地球很脆弱，人类文明只有在另外一个星球上实现生存和繁衍，人类的安全性才能大大提升。从这个角度来讲，殖民火星是十分必要的。

目前，火星探测活动均由各国政府主导，属于公益性航天，不以商业为目的，其发现对人类文明的进步和发展有重要的意义。但要实现殖民火星的目标，势必要转化为以商业力量为主导，通过商业回报保证逐鹿太空的可持续性。

         2016年9月，埃隆·马斯克公布了 SpaceX「火星殖民」计划，以「星际运输系统」作为运输方式｜视觉中国

眼下，美国商业航天公司 SpaceX 正在为可载人登陆火星的星际飞船进行一系列的模拟和试验。殖民火星是埃隆·马斯克当初创立 SpaceX 的初衷，也是他的毕生夙愿。他预期在 2035 年让百万余人到火星建立殖民地，总投入在 1000 亿美元到 10 万亿美元之间。

着眼于实际，谢涛初步判断，人类殖民火星分为五步走：第一步，用商业可回收火箭极大地降低进入太空的成本；第二步，用 5G 与卫星网络融合发展，填平信息鸿沟，构建空间信息传输平台，同时带动卫星制造和发射成本的进一步降低；第三步，用太空旅行拉开大众参与航天的序幕，并使其成本降至 50 万美金以下；第四步，加大对外太空资源的开发，用小行星采矿获得更充足的资源和能源；第五步，基于可回收火箭、星间通信网络、清洁能源资源和巨型载人航天器，最终实现殖民火星的目的。

责任编辑：于本一

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