中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天問一號(hào)”將在7月至8月?lián)駲C(jī)發(fā)射

天問之旅，近了

7月來臨，中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)進(jìn)入發(fā)射窗口期。

在今年4月24日第五個(gè)“中國(guó)航天日”啟動(dòng)儀式上，中國(guó)正式發(fā)布首次火星探測(cè)任務(wù)名稱。名稱源于屈原長(zhǎng)詩《天問》的“天問一號(hào)”，承載著中華民族對(duì)真理追求的堅(jiān)韌與執(zhí)著。

按照計(jì)劃，“天問一號(hào)”將在7月至8月?lián)駲C(jī)發(fā)射，一次性完成“繞、落、巡”三大任務(wù)。

了解地球演化歷史，預(yù)測(cè)地球未來變化趨勢(shì)，為人類開辟新的生存空間尋找潛在目標(biāo)

火星已成最熱目的地

隨著航天科技的發(fā)展，人類對(duì)于行星探索的興趣與日俱增。其中，火星是全球最為熱門的行星“旅行地”。截至目前，全球已有40余次火星探測(cè)活動(dòng)。

專家認(rèn)為，尋找地外生命和研究火星的形成演化過程是火星探測(cè)的兩大科學(xué)主題。中國(guó)發(fā)射火星探測(cè)器，既是為了研究火星、為人類尋找未來家園，也能夠反觀自身、探究地球的過去和將來。

中國(guó)科學(xué)院院士、航天科技集團(tuán)科技委主任包為民表示，火星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?；鹦翘綔y(cè)不僅有助于探究火星生命的存在和演化過程等問題，更可借此了解地球的演化歷史和預(yù)測(cè)地球未來變化趨勢(shì)，為人類開辟新的生存空間尋找潛在目標(biāo)。

如果任務(wù)成功，中國(guó)將成為世界上首次探索火星即完成軟著陸任務(wù)的國(guó)家

中國(guó)有信心彎道超車

根據(jù)計(jì)劃，中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)將通過一次發(fā)射任務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)火星的“環(huán)繞、著陸、巡視”3個(gè)目標(biāo)。此外，任務(wù)還設(shè)定了五大科學(xué)目標(biāo)，主要涉及空間環(huán)境、形貌特征、表層結(jié)構(gòu)等研究。為此，火星探測(cè)器搭載了13種有效載荷，其中環(huán)繞器上7種、著陸器上6種，屆時(shí)將對(duì)民眾關(guān)注的科學(xué)問題開展探測(cè)。

探索火星，一次性完成“繞落巡”三步走的探測(cè)方案，在全球尚屬首次。如果“天問一號(hào)”任務(wù)獲得成功，中國(guó)將成為世界上首次探索火星即完成軟著陸任務(wù)的國(guó)家，并成為繼美國(guó)之后第二個(gè)完成火星漫游的國(guó)家。

火星探測(cè)器發(fā)射升空以后，將“趕路”7到8個(gè)月的時(shí)間

預(yù)計(jì)明年2月抵達(dá)火星

由于火星距離地球較遠(yuǎn)，因此探測(cè)火星需要選擇其與地球距離較近的時(shí)機(jī)。據(jù)專家介紹，這樣的機(jī)會(huì)每隔26個(gè)月才有一次，而今年7月至8月正值這一時(shí)間窗口。

這段看似簡(jiǎn)單的旅程，實(shí)際上充滿著挑戰(zhàn)和兇險(xiǎn)。相比登月所跨越的38萬公里，地球到火星幾千萬公里的距離，對(duì)飛行器的測(cè)控通信是一項(xiàng)巨大的考驗(yàn)。火星探測(cè)器發(fā)射升空以后，將“趕路”7到8個(gè)月的時(shí)間，預(yù)計(jì)在明年2月到達(dá)火星的引力勢(shì)場(chǎng)以內(nèi)，然后再經(jīng)過火星的捕獲，才能到達(dá)火星。

2030年前后，我國(guó)將實(shí)施火星采樣返回、木星系探測(cè)等任務(wù)

行星探測(cè)計(jì)劃將邁向縱深

為保障“天問一號(hào)”發(fā)射任務(wù)，長(zhǎng)征五號(hào)遙四火箭也已做好充足準(zhǔn)備。今年1月，長(zhǎng)征五號(hào)遙四火箭轉(zhuǎn)入火箭總裝階段。6月14日，遠(yuǎn)望5號(hào)航天遠(yuǎn)洋測(cè)量船也已解纜起航，奔赴太平洋某海域執(zhí)行包括火星環(huán)繞著陸巡視探測(cè)器在內(nèi)的海上測(cè)控任務(wù)。

完成火星探測(cè)任務(wù)后，中國(guó)的行星探測(cè)計(jì)劃將邁向縱深。包為民說，2030年前后，我國(guó)將實(shí)施火星采樣返回、木星系探測(cè)等任務(wù)，目前正在開展關(guān)鍵技術(shù)研究。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球目前已實(shí)施火星探測(cè)活動(dòng)40多次，但成功率僅有40%?；鹦翘綔y(cè)工程難點(diǎn)眾多，中國(guó)火星探測(cè)任務(wù)首次提出一次發(fā)射實(shí)現(xiàn)環(huán)繞、著陸、巡視3個(gè)目標(biāo)，面臨的挑戰(zhàn)前所未有。

及時(shí)“剎車”，才能進(jìn)入火星軌道

在發(fā)射窗口期內(nèi)，太陽、地球和火星將成一條直線，其中地球與火星之間的距離最近時(shí)僅有約5500萬公里。探測(cè)器在經(jīng)過長(zhǎng)途飛行后，如何成功被火星的引力場(chǎng)捕獲，是任務(wù)中的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

據(jù)專家介紹，“天問一號(hào)”升空后的漫長(zhǎng)旅途中，科技人員會(huì)根據(jù)軌道的具體情況，不斷修正探測(cè)器的飛行方向。到達(dá)火星附近時(shí)要及時(shí)“剎車”，而一旦捕獲失敗，探測(cè)器將會(huì)與火星擦肩而過，“滑”向更遠(yuǎn)的深空。探測(cè)器被火星引力場(chǎng)捕獲后，就進(jìn)入火星的循環(huán)軌道，再經(jīng)過多次的調(diào)整，就可以進(jìn)行環(huán)繞探測(cè)了。

跨過“恐怖7分鐘”，實(shí)現(xiàn)軟著陸

到達(dá)環(huán)繞火星的軌道后，火星探測(cè)器將隨之降落在火星表面。盡管降落的過程僅有7分鐘，但這個(gè)被稱作“恐怖7分鐘”的降落過程卻是整個(gè)任務(wù)的關(guān)鍵點(diǎn)。在此前，世界上還沒有國(guó)家能夠在首次探索火星的過程中即完成軟著陸任務(wù)。

著陸為何難?包為民介紹說，著陸時(shí)，火星探測(cè)器要在7分鐘內(nèi)將時(shí)速從2萬千米降低到零，這需要融合氣動(dòng)外形、降落傘、發(fā)動(dòng)機(jī)、多級(jí)減速和著陸反沖等多項(xiàng)技術(shù)才能實(shí)施軟著陸，對(duì)軟件和硬件的要求極高。

據(jù)介紹，火星探測(cè)器在“奔火”的途中一直處于高速飛行狀態(tài)，在著陸之前，需要先將速度降下來。目前，在國(guó)際上主要有兩種減速方式。中國(guó)以探月工程中的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)作為基礎(chǔ)，通過4個(gè)階段逐步減速，最終使探測(cè)器平穩(wěn)到達(dá)火星表面。

第一階段為氣動(dòng)減速，通過“急剎車”的方式，將速度從每秒4.8公里降至每秒460米;第二階段開降落傘，把速度降到每秒95米;第三階段為動(dòng)力減速，探測(cè)器的反推發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火工作，將速度減小到3.6米每秒;第四階段的最后100米為懸停避障階段，探測(cè)器將懸停在空中，對(duì)火星表面進(jìn)行觀察，為選定著陸點(diǎn)做最后準(zhǔn)備。

“可以看一下地面有沒有坑和大的石頭。如果有，我們就避開它。這樣就保證落地的安全性，不會(huì)翻車。”包為民說。

釋放火星車，“勞逸結(jié)合”干仨月

著陸器在火星表面軟著陸成功后將釋放火星車，在火星表面進(jìn)行巡視探測(cè)、火星地貌特征研究等多項(xiàng)任務(wù)。值得一提的是，火星車將配置探測(cè)雷達(dá)對(duì)火星地下一定深度進(jìn)行探測(cè)。

據(jù)專家介紹，火星車的設(shè)計(jì)壽命為90個(gè)火星日。由于火星上的一天比地球略長(zhǎng)(火星自轉(zhuǎn)周期約為24小時(shí)37分鐘)，因此火星車將在火星上工作92個(gè)地球日。

不過，火星車并非“不休不眠”。為規(guī)避火星極端天氣的影響，中國(guó)火星車將設(shè)置自主休眠和自主喚醒功能。就像正在月球上忙碌的嫦娥四號(hào)和“玉兔二號(hào)”一樣，火星車的探測(cè)工作也講究“勞逸結(jié)合”。

包為民表示，由于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇髸r(shí)延，要求火星車必須具有很高的自主能力。同時(shí)，火星光照強(qiáng)度小，加上火星大氣對(duì)陽光的削減作用，火星車能源供給比月球車更為困難。這些因素都使得火星探測(cè)任務(wù)更具難度和復(fù)雜性。

延伸閱讀

三國(guó)火星探測(cè)器將“同臺(tái)競(jìng)技”

2020年是火星探測(cè)活動(dòng)的窗口期。今年7月到8月，中國(guó)、美國(guó)和阿聯(lián)酋三國(guó)的火星探測(cè)器將“同臺(tái)競(jìng)技”。

美國(guó)“毅力”號(hào)火星車計(jì)劃于7月20日發(fā)射，此次探測(cè)任務(wù)將攜首架火星直升機(jī)“機(jī)智”號(hào)。美國(guó)航天局表示，“毅力”號(hào)將是該機(jī)構(gòu)造訪火星表面的第9個(gè)探測(cè)器，也是首個(gè)將從火星采集樣本并帶回地球的探測(cè)器?！耙懔Α碧?hào)將采集火星巖石和風(fēng)化層樣本。此外，“毅力”號(hào)還將攜一枚刻有地球和蛇杖圖案的鋁板一同前往火星，以此表達(dá)對(duì)全球抗擊新冠疫情的醫(yī)護(hù)人員的敬意。

阿聯(lián)酋“希望”號(hào)火星探測(cè)器計(jì)劃于7月15日從日本種子島太空中心發(fā)射。“希望”號(hào)是在美國(guó)科學(xué)家的幫助下開發(fā)的，此次飛往火星的主要任務(wù)將是探測(cè)火星的大氣。

此外，原定今年發(fā)射的由歐洲航天局與俄羅斯航天局合作的“火星太空生物學(xué)”(ExoMars)計(jì)劃探測(cè)器，因疫情影響宣布推遲到下個(gè)發(fā)射窗口，即2022年秋季發(fā)射。2016年，在該計(jì)劃下發(fā)射的火星試驗(yàn)登陸器“斯基亞帕雷利”在降落火星表面時(shí)由于軟件計(jì)算錯(cuò)誤，提早釋放了降落傘，導(dǎo)致登陸器墜毀。