天問(wèn)：向火星進(jìn)發(fā)

席金合

首次火星探測(cè)行動(dòng)

2020年7月23日，我國(guó)用自主研發(fā)的新一代最大運(yùn)載火箭——長(zhǎng)征五號(hào)，成功發(fā)射了火星探測(cè)器——“天問(wèn)一號(hào)”，計(jì)劃一次性實(shí)現(xiàn)對(duì)火星開(kāi)展環(huán)繞探測(cè)、著陸地表和實(shí)地巡視三大目標(biāo)。這將是全世界首次火星探測(cè)三合一計(jì)劃，而這也是我國(guó)首次火星探測(cè)行動(dòng)。

火星與地球同為繞日公轉(zhuǎn)的行星，雖然是地球的近鄰，但相距十分遙遠(yuǎn)，并且各自運(yùn)行速度不同，因此，向火星發(fā)射探測(cè)器，必須選擇它與地球距離最近的時(shí)機(jī)，而這樣的機(jī)會(huì)每隔26個(gè)月才有一次。這個(gè)時(shí)機(jī)火星與地球的相對(duì)位置，形象地被稱為發(fā)射窗口。2020年是非常好的窗口期，除了我國(guó)還有其他國(guó)家也在躍躍欲試。

探測(cè)器升空進(jìn)入外太空后，漸漸遠(yuǎn)離地球，重力幾乎為零，不受任何引力的束縛，基本上是自由自在地做慣性運(yùn)動(dòng)，很少消耗燃料。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)途飛行，探測(cè)器將于2021年2月進(jìn)入火星的引力場(chǎng)范圍內(nèi)，受火星的吸引而著陸火星。因此，探測(cè)器能否被火星的引力場(chǎng)捕獲十分關(guān)鍵，這需要探測(cè)器不斷修正軌道，找準(zhǔn)時(shí)機(jī)，主動(dòng)與火星牽手。如果捕獲失敗，探測(cè)器將與火星擦肩而過(guò)，淪為太空中的“流浪者”，一切努力會(huì)前功盡棄。

當(dāng)飛行器被成功捕獲后，它就進(jìn)入火星環(huán)形軌道，再按照地面發(fā)去的指令，調(diào)整位置和姿態(tài)，就像偵察衛(wèi)星環(huán)地球運(yùn)行那樣，開(kāi)始環(huán)繞探測(cè)作業(yè)，獲取火星上的氣象、地質(zhì)和天文資料，并轉(zhuǎn)換成電波信號(hào)發(fā)回地球，通過(guò)科學(xué)家分析研究，初步探明火星表面情況。

驚心動(dòng)魄的7分鐘

“天問(wèn)一號(hào)”在奔向火星的漫漫旅途中，一直高速飛行，著陸前只有把速度降下來(lái)，才能平穩(wěn)落到火星表面。在接近火星時(shí)，它必須在7分鐘內(nèi)將時(shí)速?gòu)?萬(wàn)千米降到落地時(shí)為零，并完成安全降落和著陸。這段時(shí)間雖短，但最驚險(xiǎn)、最艱難，直接關(guān)系整個(gè)任務(wù)的成敗。

人類的火星探測(cè)起步于1 960年，到2020年6月底，全球共實(shí)施了44次探測(cè)火星活動(dòng)（其中美國(guó)21次、蘇聯(lián)及后來(lái)的俄羅斯19次），其中僅成功24次。所以，探測(cè)火星十分不易，主要原因是火星距地球遙遠(yuǎn)，環(huán)境復(fù)雜，一旦發(fā)生問(wèn)題，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延太大，需要探測(cè)器自主應(yīng)對(duì)。

火星整個(gè)著陸過(guò)程分為四步：首先是氣動(dòng)減速，高壓氣罐突然向飛行相反方向放氣，產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)大的反推力，把速度從4.8千米/秒減速到460米/秒，相當(dāng)一個(gè)空中急剎車;接著，降落傘打開(kāi)，在1.5分鐘內(nèi)速度再減到之前的1/5;隨后進(jìn)入動(dòng)力減速階段，反推火箭點(diǎn)火，開(kāi)始反向噴射煙氣，再次產(chǎn)生一個(gè)反推力，將速度降到像人騎自行車那樣;剩下的最后1 00米，采用特定的制動(dòng)手段，把速度減得更慢。這時(shí)，離火星已經(jīng)近在咫尺，著陸器在慢慢降落的同時(shí)，對(duì)火星表面進(jìn)行觀察，為選定著陸點(diǎn)做準(zhǔn)備。如果發(fā)現(xiàn)大坑或巨石，它要調(diào)整位置避開(kāi)，確保安全落地。

使命重大的火星車

“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器由環(huán)繞器和著陸巡視器兩部分組成。

環(huán)繞器是前面提到的沿火星環(huán)形飛行的探測(cè)裝置;著陸巡視器是實(shí)地勘探裝置，將在火星表面軟著陸，并釋放火星車?；鹦擒囶愃朴谠旅嫣揭曆b置——月球車，這個(gè)有兩張飯桌大的家伙，具有超級(jí)智能機(jī)器人的本領(lǐng)，能在火星表面自主行走，并用光譜儀和相機(jī)等6種先進(jìn)儀器進(jìn)行精細(xì)巡視、拍照和重點(diǎn)勘查。到時(shí)候，我們通過(guò)火星車發(fā)回的信息，來(lái)證實(shí)火星上有河流、古生物化石，甚至外星人等傳聞，一些不實(shí)傳言將不攻自破，并獲得新發(fā)現(xiàn)和可靠的天文知識(shí)。

火星上的一天比地球稍長(zhǎng)，大約是24小時(shí)37分鐘。火星車的設(shè)計(jì)壽命為火星上的90天，也就是地球上的3個(gè)月。在這段時(shí)間內(nèi)，火星車的命運(yùn)存在許多未知，將受到意想不到的火星天氣和宇宙環(huán)境的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，比如火星車會(huì)遇到什么地形，能否安全行駛，遇到塵暴用什么手段躲避，這些都值得人們拭目以待。

對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題，除了科技人員事先做猜想性研究外，還要根據(jù)屆時(shí)發(fā)回的信息，隨機(jī)妥善處置，確保火星車順利完成任務(wù)，安全度過(guò)具有非凡意義的90天。

據(jù)悉，火星車內(nèi)部有一個(gè)小型化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，會(huì)把自行采集的巖石等樣本放到里面進(jìn)行光譜分析，測(cè)出化學(xué)成分。當(dāng)然，火星車最為理想的使命，是把采集到的空氣、土壤、水分等樣品帶回地球，作為研究火星的珍貴實(shí)物資料。

人什么時(shí)候能上去

火星很早就是人類尋找的移民目的地?；鹦桥c地球有許多相似之處。例如，地球上的一天是23小時(shí)56分鐘，非常接近火星的24小時(shí)37分鐘;地球公轉(zhuǎn)軌道面和赤道面夾角是23°27，火星是25°11，有幾乎相同的季節(jié)變化。這些相似性都表明，火星是適宜人類改造的最好居住候選行星，何況距離還如此之近。

當(dāng)然，火星不利于生存的條件也非常明顯，比如氣溫寒冷，平均溫度為-60℃～-40℃;再比如火星表面比地球表面具有較強(qiáng)的宇宙高能粒子輻射，引力只有地球的38%，大氣壓力僅為地球的1%。在移居之前，人類還需經(jīng)過(guò)大規(guī)模的環(huán)境改造。

再看旅程。搭乘飛行器去火星，按現(xiàn)在的技術(shù)實(shí)力，9個(gè)月才能到達(dá)，而且不能立即返回，在上面等待窗口期到來(lái)需兩年多，因此往返時(shí)間接近4年。這期間，人處在火星險(xiǎn)惡的環(huán)境里，生活保障和身體防護(hù)相當(dāng)困難，所以改進(jìn)飛行器、縮短往返時(shí)間，是實(shí)現(xiàn)人登上火星的關(guān)鍵。

從目前看，載人登火星還比較遙遠(yuǎn)。專家預(yù)計(jì)，在2030年前后，我國(guó)將實(shí)施火星采樣返回和木星探測(cè)任務(wù)。

移民火星雖然遙遠(yuǎn)，但值得期待。