中國(guó)為什么要發(fā)射“天問一號(hào)”火星探測(cè)器

2020年7月23日12時(shí)41分，長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭托舉著我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天問一號(hào)”探測(cè)器，在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火升空。

受天體運(yùn)行規(guī)律約束，火星探測(cè)窗口每26個(gè)月出現(xiàn)一次，并且窗口時(shí)間較短。2020年7-8月份是火星探測(cè)的重要窗口期，近期中國(guó)、美國(guó)、阿聯(lián)酋三國(guó)"扎堆"探火?；鹦翘綔y(cè)究竟有何魅力？中國(guó)將如何探火？未來"移民"火星是否有可能？

為何要去火星？

縱觀世界航天史，人類似乎對(duì)火星"情有獨(dú)鐘"。世界各國(guó)的火星探測(cè)活動(dòng)要追溯到20世紀(jì)60年代。1960年10月，蘇聯(lián)向火星先后發(fā)射了兩個(gè)探測(cè)器"火星1A"號(hào)和"火星1B"號(hào)，但均以失敗告終。直到1964年10月，美國(guó)"水手4號(hào)"探測(cè)器才向地球傳回人類史上第一張有關(guān)火星表面的近距離圖像，開啟了火星探測(cè)的新篇章。

截至2020年6月，世界各國(guó)共實(shí)施40余次探火活動(dòng)，但成功和部分成功的任務(wù)僅有24次。火星探測(cè)如此"步步驚心"，為何各國(guó)還要前赴后繼地開展探測(cè)火星？

這得從火星和地球的淵源說起。火星是太陽系中與地球最為相似的行星，探測(cè)火星、了解火星，能幫助人類進(jìn)一步預(yù)測(cè)地球和行星的未來變化趨勢(shì)，了解自身在宇宙中的地位和最終命運(yùn)。

正如中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)新聞發(fā)言人、中國(guó)國(guó)家航天局探月與航天工程中心副主任劉彤杰所言，火星是地球的"姊妹星"，探索火星有助于人類更好了解行星和宇宙演化，為人類社會(huì)發(fā)展帶來更多前沿知識(shí)。

基于現(xiàn)有航天能力，"奔火"飛行6至10個(gè)月左右即可到達(dá)，相比更遠(yuǎn)的行星和衛(wèi)星，任務(wù)周期較合適。此外，火星與地球有較為相似的環(huán)境，這使得機(jī)器人或人類進(jìn)駐火星成為可能。

如何飛抵火星？

自7月23日發(fā)射升空后，天問一號(hào)探測(cè)器將"長(zhǎng)途跋涉"約7個(gè)月才能飛抵火星。

這一飛行過程包括發(fā)射、地火轉(zhuǎn)移、火星捕獲、火星停泊、離軌著陸和科學(xué)探測(cè)等六個(gè)階段。

據(jù)了解，天問一號(hào)探測(cè)器在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)采用長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭升空后，探測(cè)器將進(jìn)入地火轉(zhuǎn)移軌道。器箭分離后，天問一號(hào)探測(cè)器太陽翼和定向天線相繼展開，在測(cè)控系統(tǒng)支持下，飛行約7個(gè)月抵達(dá)火星，期間進(jìn)行深空機(jī)動(dòng)和中途修正。探測(cè)器進(jìn)入環(huán)火軌道并經(jīng)過制動(dòng)后，再通過2至3個(gè)月的環(huán)繞飛行后首選進(jìn)入窗口，期間在著陸區(qū)上空對(duì)著陸區(qū)開展探測(cè)。

此后，天問一號(hào)探測(cè)器將擇機(jī)實(shí)施降軌機(jī)動(dòng)，著陸巡視器與環(huán)繞器分離。環(huán)繞器升軌返回到停泊軌道，為著陸過程提供中繼通信。著陸巡視器進(jìn)入火星大氣，依次完成配平翼展開、降落傘開傘、大底分離、背罩分離、動(dòng)力減速、懸停、避障及緩速下降、著陸緩沖等動(dòng)作，著陸于火星表面。

成功著陸后，火星車與著陸平臺(tái)解鎖分離。火星車駛離著陸平臺(tái)，開始巡視探測(cè)。著陸巡視器安全著陸后，環(huán)繞器進(jìn)入中繼軌道，為火星車提供中繼通信，兼顧科學(xué)探測(cè)?；鹦擒囃瓿商綔y(cè)任務(wù)后，環(huán)繞器進(jìn)入使命軌道，開展火星全球遙感探測(cè)，兼顧火星車擴(kuò)展任務(wù)中繼通信。

將執(zhí)行哪些任務(wù)？

與美國(guó)、俄羅斯相比，中國(guó)在火星探測(cè)領(lǐng)域尚屬"新手"。不過中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)天問一號(hào)亮點(diǎn)頗多，創(chuàng)新十足。此次任務(wù)將一次實(shí)現(xiàn)"環(huán)繞、著陸、巡視"三項(xiàng)目標(biāo)，任務(wù)一旦成功，這種"三合一"的壯舉在全球尚屬首次。

天問一號(hào)探測(cè)器由環(huán)繞器和著陸巡視器兩部分組成，其中環(huán)繞器攜帶7臺(tái)儀器，著陸巡視器攜帶6臺(tái)儀器。此次任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)，主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)火星形貌與地質(zhì)構(gòu)造特征、火星表面土壤特征與水冰分布、火星表面物質(zhì)組成等研究。

除科學(xué)目標(biāo)以外，中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)還有2項(xiàng)工程目標(biāo)：一是突破火星制動(dòng)捕獲、進(jìn)入/下降/著陸、長(zhǎng)期自主管理、遠(yuǎn)距離測(cè)控通信、火星表面巡視等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞探測(cè)和巡視探測(cè)，獲取火星探測(cè)科學(xué)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)中國(guó)在深空探測(cè)領(lǐng)域的技術(shù)跨越；二是建立獨(dú)立自主的深空探測(cè)工程體系，包括設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、飛行任務(wù)實(shí)施、科學(xué)研究、工程管理以及人才隊(duì)伍，推動(dòng)中國(guó)深空探測(cè)活動(dòng)可持續(xù)發(fā)展。

首次火星探測(cè)任務(wù)于2016年1月經(jīng)黨中央、國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)立項(xiàng)，由國(guó)家航天局組織實(shí)施，具體由工程總體和探測(cè)器、運(yùn)載火箭、發(fā)射場(chǎng)、測(cè)控、地面應(yīng)用等五大系統(tǒng)組成。國(guó)家航天局探月與航天工程中心為工程總體單位，中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司所屬中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院抓總研制運(yùn)載火箭系統(tǒng)，中國(guó)空間技術(shù)研究院和上海航天技術(shù)研究院抓總研制探測(cè)器系統(tǒng)。中國(guó)衛(wèi)星發(fā)射測(cè)控系統(tǒng)部負(fù)責(zé)組織實(shí)施發(fā)射、測(cè)控。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)抓總研制地面應(yīng)用系統(tǒng)、負(fù)責(zé)科學(xué)數(shù)據(jù)接收、處理、存儲(chǔ)管理等工作。

我國(guó)火星探測(cè)作為開放性的科學(xué)探索平臺(tái)，包括港澳地區(qū)高校在內(nèi)的全國(guó)多地研究機(jī)構(gòu)積極參與了研制過程，我國(guó)也與歐空局、法國(guó)、奧地利、阿根廷等國(guó)家和組織開展了多項(xiàng)合作。

"移民"火星可能嗎？

在科幻電影《火星救援》里，主人公馬克依靠種植土豆獨(dú)自在火星上生存下來。這也讓民眾對(duì)未來能否"移民"火星充滿了期待。

近年來，世界各國(guó)建設(shè)月球基地的熱情很高，不少國(guó)家制定相關(guān)的計(jì)劃和方案。相比月球，被譽(yù)為地球"姊妹星"的火星似乎更適合建造基地。美國(guó)火星探測(cè)器曾在火星上探測(cè)到水的痕跡。火星自轉(zhuǎn)周期與地球類似，約為24小時(shí)40分鐘，不僅有一年四季，還擁有稀薄的大氣。這些相似性表明，火星是適宜人類居住改造的最好候選行星，也讓人們看到了"殖民"火星的希望。

中國(guó)科學(xué)院院士歐陽自遠(yuǎn)在接受媒體采訪時(shí)表示，通過技術(shù)手段提高火星表面溫度、增加火星大氣濃度等，可以進(jìn)一步建立火星表面生態(tài)環(huán)境。

值得注意的是，盡管將火星改造為適宜人類生存的"綠色星球"是美好的愿景，但這距離真正實(shí)施還有遙遠(yuǎn)的距離。火星改造工程之浩大、成本之巨、技術(shù)難度之高、科學(xué)實(shí)施步驟之復(fù)雜是可想而知的，未來可能需要人類通過幾個(gè)世紀(jì)艱苦卓絕的努力才能實(shí)現(xiàn)。