中國火星探測(cè)計(jì)劃

Aaron

2019年11月14日，我國首次火星探測(cè)任務(wù)著陸器懸停避障試驗(yàn)在位于河北省懷來縣的地外天體著陸綜合試驗(yàn)場(chǎng)圓滿完成，此次試驗(yàn)是我國火星探測(cè)任務(wù)首次公開亮相，試驗(yàn)?zāi)M了著陸器在火星環(huán)境下懸停、避障、緩速下降的過程，對(duì)其設(shè)計(jì)正確性進(jìn)行了綜合驗(yàn)證。

截至2016年12月，人類已進(jìn)行了45 次火星探測(cè)活動(dòng)，美國、俄羅斯、日本、印度、歐洲空間局等國家或組織都已制訂了各自的長遠(yuǎn)的火星探測(cè)計(jì)劃，全方位地開展對(duì)火星生命信息、環(huán)境、大氣、巖石、水及內(nèi)部構(gòu)造等的探測(cè)與深入研究。日前國家航天局宣布，中國將于2020年擇機(jī)實(shí)施首次火星探測(cè)任務(wù)計(jì)劃。

經(jīng)過長期的觀測(cè)和50多年的近距離探測(cè)，人類已經(jīng)對(duì)火星有了一定的了解，在火星科學(xué)研究領(lǐng)域取得了巨大的成就，但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。無論是火星電離層、火星大氣層、火星土壤、火星內(nèi)部結(jié)構(gòu)，還是火星的形成與演化過程等，都存在著許許多多的科學(xué)問題有待我們進(jìn)一步探索和考證。而火星作為地球的近鄰，其表面是否存在或曾經(jīng)存在生命，一直以來更是得到高度重視。探尋火星過去或現(xiàn)存的生命跡象，探索能否將火星改造成人類的第二個(gè)棲息地，將是未來國際火星探測(cè)的一大主流。

中國火星天團(tuán)

根據(jù)天體運(yùn)行的規(guī)律，每隔約26個(gè)月發(fā)生一次的“火星沖日”，是探測(cè)器發(fā)射的最佳時(shí)間，在此期間地球與火星距離較近，可用較小花費(fèi)和較短時(shí)間將探測(cè)器送往火星，而最近的“火星沖日”在2020年7月。有鑒于此，2020年成為了熱門的發(fā)射航天器登陸火星的年份，40多億年來一直“寂寞沙洲冷”的火星也將變得分外熱鬧。

按照規(guī)劃，火星探測(cè)器發(fā)射后，大概需要經(jīng)過 200天左右的飛行，才能最終到達(dá)火星。而這半年多的時(shí)間里，一支中國火星天團(tuán)將一直陪伴著、守護(hù)著探測(cè)器，直到它順利平安地到達(dá)火星。完成火星探測(cè)任務(wù)中負(fù)責(zé)探測(cè)器飛行控制的團(tuán)隊(duì)來自北京航天飛行控制中心，他們就像是火星探測(cè)器的引路人?；鹦翘綔y(cè)器發(fā)射后，將在這個(gè)團(tuán)隊(duì)的幫助下到達(dá)火星，完成“繞、落、巡”一系列任務(wù)。

北京航天飛行控制中心火星探測(cè)任務(wù)總師崔曉峰說，他們的工作簡單來講就是在飛行器飛向火星過程當(dāng)中，對(duì)飛行器進(jìn)行控制，控制它的飛行方向，能夠順利準(zhǔn)確朝著火星飛行過去，最終到達(dá)火星的引力場(chǎng)。被火星捕獲以后，成為火星環(huán)繞的一個(gè)飛行器，然后才有條件在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)經(jīng)過再次精準(zhǔn)控制，使它能夠準(zhǔn)確降落在火星上預(yù)定的降落區(qū)域。

想要一次性成功到達(dá)遠(yuǎn)在幾千萬公里外的火星，飛控團(tuán)隊(duì)不僅要給探測(cè)器規(guī)劃一條最為科學(xué)的路線，還要保證它時(shí)刻按照規(guī)劃路線前進(jìn)。一旦偏離軌道，可能會(huì)影響整個(gè)任務(wù)的最終結(jié)果。

崔曉峰說，因?yàn)榛鹦蔷嚯x特別遙遠(yuǎn)，遙遠(yuǎn)了以后，信號(hào)延遲非常大，另外信號(hào)的量非常少，在這種情況下，對(duì)它進(jìn)行控制，就要采取一系列不同于以往任務(wù)的措施和技術(shù)，使得它能夠在火星表面完成它既定的工作，同時(shí)要保證巡視器的安全。

這個(gè)團(tuán)隊(duì)的成員平均年齡30歲左右，別看年紀(jì)不大，但是對(duì)于飛控來說，他們都是老手。從2017年團(tuán)隊(duì)正式組建以來，他們一直圍繞如何能夠準(zhǔn)確帶領(lǐng)探測(cè)器到達(dá)火星而忙碌著。

后來者

北京航天飛行控制中心是中國載人航天工程和探月工程的指揮控制中樞。從1999年執(zhí)行神舟一號(hào)首飛任務(wù)至今，一直保持著100%的飛控成功率，歷次重大任務(wù)全部萬無一失。其中包括載人航天“十戰(zhàn)十捷”，以及圓滿完成探月工程“繞”和“落”4次任務(wù)飛控目標(biāo)。

雖然，中國已經(jīng)開展了四次月球探測(cè)任務(wù)，全部取得成功，但在探測(cè)火星方面，我國還是“后來者”。不過，通過探月工程的鍛煉，我們已經(jīng)掌握了深空探測(cè)器的軌道設(shè)計(jì)、自主導(dǎo)航、測(cè)控通信、表面軟著陸等關(guān)鍵技術(shù)，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，為火星探測(cè)任務(wù)的成功實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

中國首次火星探測(cè)任務(wù)，將探測(cè)火星的空間環(huán)境、地形地貌、地表結(jié)構(gòu)、大氣運(yùn)動(dòng)等重要信息，為下一階段的探測(cè)任務(wù)收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。中國首次火星探測(cè)任務(wù)雖然起步較晚，但奮起直追的決心很大。此前，只有美國在一次火星探測(cè)任務(wù)中，成功實(shí)現(xiàn)“繞”和“落”，歐洲曾兩次嘗試火星表面著陸，但都以失敗告終。我國首次火星探測(cè)，在一次任務(wù)中，實(shí)現(xiàn)“繞、落、巡”三大工程目標(biāo)，這在世界火星探測(cè)歷史上也是前所未有的。當(dāng)然，我們面臨的挑戰(zhàn)也空前巨大。

人類已經(jīng)開展了40多次火星探測(cè)任務(wù)，但只有18次獲得了成功，成功率僅40%。探索火星的旅途并非坦途，需要經(jīng)歷長達(dá)7-8 個(gè)月的行星際飛行、飛行旅程數(shù)億千米，從地球上發(fā)過去的信號(hào)需要20 多分鐘之后，才能被火星探測(cè)器收到。在進(jìn)入大氣層之后，要經(jīng)歷7 分鐘左右的急剎車，避免高速撞擊到火星表面墜毀。即便經(jīng)歷重重困難，終于成功登陸火星，火星車還要穿越崎嶇不平、坑坑洼洼的地形，經(jīng)歷強(qiáng)風(fēng)和大范圍的沙塵暴，承受火星表面強(qiáng)烈的宇宙射線照射，這些都是我們要面對(duì)的難題。

在中國首次火星探測(cè)任務(wù)中，環(huán)繞火星上空運(yùn)行的軌道器上，將搭載高、中分辨率相機(jī)，光譜儀、磁強(qiáng)計(jì)、雷達(dá)探測(cè)儀、離子和中性粒子探測(cè)儀等科學(xué)儀器；火星車上將搭載探地雷達(dá)、相機(jī)、光譜儀、小型氣象站、磁場(chǎng)探測(cè)儀等科學(xué)儀器。利用這些科學(xué)儀器獲得的探測(cè)數(shù)據(jù)，將幫助我們更好地認(rèn)識(shí)和了解火星。

如果說，月球探測(cè)打開了中國人探測(cè)深空的大門，火星探測(cè)則是中國第一次真正意義上的行星探測(cè)任務(wù)，是我們邁向深空的關(guān)鍵一步。正如中國科學(xué)院院士、著名的天體化學(xué)家歐陽自遠(yuǎn)所說的那樣：“在深空探測(cè)上，中國應(yīng)該飛得更遠(yuǎn)，中國也有能力飛得更遠(yuǎn)！”