出發(fā)吧，“天問一號”

■席金合

今年夏天，我國自主研制的火星探使“天問一號”沖破蒼穹，飛向遙遠(yuǎn)的火星。這項(xiàng)首次火星探測任務(wù)意義非凡，揭開了我國航天事業(yè)的嶄新一頁。

“天問一號”的構(gòu)成

火星離地球十分遙遠(yuǎn)，必須依靠先進(jìn)的飛行器才能抵達(dá)并順利進(jìn)行探測活動(dòng)。飛行器包括運(yùn)載火箭和探測器，探測器又分為環(huán)繞器、著陸器及火星車，質(zhì)量5 噸左右。

“天問一號”探測器的火星車示意圖（圖/中國國家航天局）

這次執(zhí)行飛行任務(wù)的長征五號運(yùn)載火箭（趣稱“胖五”）是我國最大的運(yùn)載火箭，起飛推力超過1 000 噸，運(yùn)載能力接近25噸，通俗點(diǎn)說，它能把10 輛小轎車送上太空。因此，把幾噸重的探測器送往火星就是小菜一碟。

環(huán)繞器與地球衛(wèi)星一樣，繞火星飛行，從高空向下探測。著陸器通過軟著陸降落在火星表面，釋放火星車?；鹦擒嚨闹悄芑潭群芨撸ㄟ^自主巡視，采集樣品并化驗(yàn)，最后將有關(guān)數(shù)據(jù)通過環(huán)繞器進(jìn)行中轉(zhuǎn)，發(fā)回地球以供科學(xué)家們研究。

探測火星的理由

在金、木、水、火、土這五大離地球較近的行星中，金星離地球最近，大小也接近地球，火星次之。但金星周圍包裹著厚厚的大氣，難以看清它的表面，而火星的大氣層很薄，便于直接觀測。

早在19 世紀(jì)，人類就用大口徑望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)火星上有許多溝渠。后來，美國MRO飛行器經(jīng)過探測，發(fā)現(xiàn)火星上的確有水。同時(shí)，火星上可能存在其他行星上沒有的四季變化，氣溫也與地球相差不大，最適合人類居住。這種環(huán)境條件優(yōu)于月球。月球上沒有水和空氣，宇宙輻射很強(qiáng)，晝夜溫差達(dá)300℃以上，人類在那里根本無法生存。

從居安思危的角度來看，誰也不敢保證地球?qū)聿粫?huì)出現(xiàn)能源枯竭、氣候驟變、生態(tài)惡化、特大地震或被小行星碰撞等災(zāi)難，因此，火星可能成為人類首選的第二棲息地。從這個(gè)意義來說，探明火星情況很有必要。

為何選擇今年夏季發(fā)射

今年7—8月間，同期被發(fā)射的還有美國“毅力號”火星車以及阿聯(lián)酋“希望號”火星探測器。之所以都選擇在這段時(shí)間內(nèi)發(fā)射，并非夏季氣溫適宜，也不是大家互相一比高低，而是為了搶抓發(fā)射窗口。

火星與地球雖為近鄰，但相距甚遠(yuǎn)，并且運(yùn)行速度不同，二者的距離不斷變化，最遠(yuǎn)為4 億公里左右，最近為5 500 多公里，只有在地球距離火星最近時(shí)發(fā)射，才能縮短行程，節(jié)約燃料，增大成功率。然而，這樣的機(jī)會(huì)每隔26 個(gè)月才有一次，這個(gè)時(shí)期的地、火相對位置被稱為發(fā)射窗口。

另外，火星探測通常分三步走：一是繞火星飛行，二是落到火星表面，三是把采樣帶回，簡稱“繞、落、回”。我國這次把前兩步合并起來實(shí)施，一次性完成“繞”和“落”，這樣做除了具備成熟的技術(shù)外，主要是想充分利用今年這次寶貴的發(fā)射窗口。若按部就班實(shí)施，會(huì)耽擱很多時(shí)間。

火星探測的難點(diǎn)

1988年，日本探測火星失敗，歐洲兩次著陸實(shí)驗(yàn)都宣告失敗。美國失敗的次數(shù)更多，損失也更慘重。

地球與火星之間的距離太遙遠(yuǎn)，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，不像在地球附近能用遙控手段及時(shí)排除，一切都靠探測器自主解決。這就需要高度依賴先進(jìn)的人工智能技術(shù)，而這種技術(shù)的可靠性和靈活性目前還不是很強(qiáng)，并在短期內(nèi)很難提高。

“天問一號”探測器示意圖（圖/中國國家航天局）

而且，火星大氣對陽光有削弱作用，能源供給比在月球上困難得多。一旦太陽能裝置供電中斷，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。由于沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)可供借鑒，首次火星探測任務(wù)更復(fù)雜、更艱巨，要求科技工作者盡量把可能出現(xiàn)的問題都考慮到，確保萬無一失。

火星上會(huì)有生命嗎

由于火星的環(huán)境接近地球，相比太陽系的其他行星更適合孕育生命，所以一直以來，人們對火星上有無生命充滿好奇。

對此，美國和歐洲航天局曾多次發(fā)射探測器巡查，卻連外星人的影子都未見到。不過，他們探明火星上確實(shí)有水，并且還發(fā)現(xiàn)了非常光滑的卵石，猜想是被水沖刷所致，由此推斷火星上曾有河流。

水是生命之源，因此科學(xué)界初步認(rèn)為，在三四十億年前，火星上可能有古生物。后來，因?yàn)榇髿鈮簻p小和溫度變化，火星表面的水大量蒸發(fā)，環(huán)境惡化，導(dǎo)致生物滅絕。

也有人發(fā)出質(zhì)疑：火星表面極其寒冷，即便有水也是固態(tài)，所以不可能有生命。后來，美國衛(wèi)星探明火星上的水其實(shí)是濃鹽水，冰點(diǎn)很低，呈液態(tài)。但這并不能證明古火星上沒有純凈的液態(tài)水。至于火星上是否曾經(jīng)有生物存在，還有待火星車的進(jìn)一步探測。

“天問一號”發(fā)射升空（圖/新華社）

人類什么時(shí)候能上去

不久前，國外有個(gè)名為“火星一號”的組織在全球海選出7 人，要送他們?nèi)セ鹦怯^光，但不保證能回來。遺憾的是，該計(jì)劃最終破產(chǎn)。的確，要讓人登上火星極其不易。

以現(xiàn)有的技術(shù)實(shí)力，搭乘飛行器去火星要9 個(gè)月左右才能到達(dá)，而且不能立即返回，需在上面等待2年多的回歸窗口，往返時(shí)間接近4年。這期間，人處在空氣稀薄、極度寒冷、輻射強(qiáng)烈、沒有生物的火星上，防護(hù)和生存相當(dāng)困難。所以，改進(jìn)飛行器、縮短往返時(shí)間是人類登上火星的關(guān)鍵。

今年5月8日，我國新一代載人飛船試驗(yàn)船取得圓滿成功，鋪就了通往太空的新“天路”，這艘具有國際往返運(yùn)輸功能的試驗(yàn)船是為載人登月和空間站運(yùn)送物資而制造。它的運(yùn)載能力強(qiáng)，一次能運(yùn)送7 名航天員，而且智能化程度高，知道自身的位置、飛行速度和目的地，并能自行選擇最佳飛行路線，還能自動(dòng)打開降落傘和分離火箭，給防震氣囊充氣，自行記錄艙外的壓力、輻射、溫度等數(shù)據(jù)，并將其保存在黑匣子里，為下次飛行作參考。

下一步，科技人員將圍繞新一代載人飛船開展技術(shù)攻關(guān)，使其智能自主化程度更高。專家預(yù)計(jì)，2030年前后，我國將實(shí)施火星采樣返回和木星探測任務(wù)。我們相信，隨著關(guān)鍵技術(shù)的突破，在不久的將來，華夏兒女飛往火星的夢想一定會(huì)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。