人類通往火星的旅程

鞠強

2021年5月15日7時18分，“天問一號”火星探測器成功在火星表面著陸。這是我國首次實施火星著陸任務(wù)，我國也成為繼蘇聯(lián)和美國之后第三個探測器成功在火星著陸的國家，中國深空探索進入新的時代。

在太陽系的八大行星中，火星與地球最為相似?？茖W家研究火星，希望能夠破解太陽系的起源和演化以及地外生命是否存在等重大問題，同時探索移居地外的可能性。因此，火星成為人類探索太空的優(yōu)先目標。

1960年，人類開啟探索火星的征程，但蘇聯(lián)發(fā)射的兩臺探測器都沒能離開地球。1965年，美國的“水手4號”飛掠火星。1971年，美國的“水手9號”成為首個環(huán)繞火星的探測器。1975年，美國的“海盜1號”和“海盜2號”成功在火星表面著陸。1996年出發(fā)的美國“探路者號”著陸器成功在火星表面著陸，并且釋放“旅居者號”火星車，這是人類第一輛火星車。飛掠、環(huán)繞、著陸和巡視也代表了目前火星探測的四種主要類型。

在人類探索火星的最初半個世紀里，美國、俄羅斯（蘇聯(lián)）、歐洲、印度和日本紛紛實施了火星探測計劃，卻幾乎沒有中國人的身影。直到21世紀初，隨著嫦娥探月工程立項，中國人真正意識到，向另一顆星球進發(fā)的時代正在到來。2007年10月24日，“嫦娥1號”發(fā)射升空。在“嫦娥1號”取得成功后，專家就開始謀劃我國深空探測的后續(xù)發(fā)展。2010年，8位院士聯(lián)名向國家建議，開展月球以遠的深空探測的綜合論證。2016年1月11日，中國首次火星探測正式立項。

2016年兩會期間，中國科學院院士葉培建透露，中國準備在2020年發(fā)射火星探測器。2016年8月23日，“中國火星探測工程名稱和圖形標識全球征集活動”新聞發(fā)布會在北京召開，會上首次公布中國第一個火星探測器和火星車外觀設(shè)計構(gòu)型。2019年11月14日，首次火星探測任務(wù)著陸器懸停避障試驗在河北省懷來縣完成，此次試驗是我國火星探測任務(wù)首次公開亮相，試驗模擬了著陸器在火星環(huán)境下懸停、避障、緩速下降的過程，對其設(shè)計正確性進行了綜合驗證。

2020年4月24日，國家航天局在2020年中國航天日線上啟動儀式上宣布，中國行星探測任務(wù)被命名為“天問”（Tianwen）系列，首次火星探測任務(wù)被命名為“天問一號”，后續(xù)行星任務(wù)依次編號?！疤靻枴比∽灾袊糯鷤ゴ笤娙饲摹短靻枴?，十分貼合數(shù)千年來中國人對蒼穹求索的歷程。命名規(guī)則也透露出，火星探測只是中國未來將要進行的行星探測的起點，其他行星也將迎來中國的“客人”。

地球和火星之間每隔26個月有一個發(fā)射窗口。在此前幾個發(fā)射窗口中，都有前往火星的探索任務(wù)，而2020年7月底到8月初的這個發(fā)射窗口，更是格外熱鬧。除了中國的火星任務(wù)外，阿聯(lián)酋的“希望號”火星探測器和美國的“毅力號”火星探測器也都先后啟程前往火星。

在2020年的這個發(fā)射窗口，各國根據(jù)自身的情況和目標選擇了不同的方案。美國的任務(wù)是巡視，阿聯(lián)酋的任務(wù)是環(huán)繞，而中國的任務(wù)則是多步并作一步，包括環(huán)繞、著陸和巡視。這既是中國首次火星任務(wù)的難點，同時也是創(chuàng)新點。美國基本上是分開完成各種類型的任務(wù)，而歐洲航天局兩次挑戰(zhàn)“繞、落、巡”也都沒有成功。一次實現(xiàn)三個目標，是其他國家第一次實施火星探測時前所未有的，挑戰(zhàn)也是空前巨大。

“天問一號”探測器的設(shè)計也服務(wù)于這個目標。探測器重約5噸，由一個軌道器和一個著陸巡視器組成。軌道器為巡視器提供中繼通信鏈路，同時本身進行為期1個火星年（約1.88個地球年）的科學觀測。著陸巡視器在火星表面進行軟著陸，候選著陸點為位于火星北半球的烏托邦平原，這個區(qū)域可能是一個古海洋所在地，有很高的科學價值。依靠太陽能提供能量的巡視器（火星車）重約240千克，質(zhì)量幾乎是“玉兔號”月球車的兩倍，預計將在火星表面工作90個火星日（1個火星日約合24小時39分鐘）左右。

雖然這是中國第一次獨立開展火星探測，但起點高，制定了豐富的科學目標?！疤靻栆惶枴钡闹饕蝿?wù)是利用軌道器對整個火星進行全面廣泛的勘測，并將巡視器送到有科研價值的表面位置，進行高精度、高分辨率的詳細調(diào)查。具體來說，“天問一號”的科學目標主要有5項，分別是繪制火星形態(tài)和地質(zhì)結(jié)構(gòu)圖、調(diào)查火星表面的土壤特征和水冰分布、分析火星表面的物質(zhì)組成、測量電離層和火星地表氣候及環(huán)境特征以及探索火星的物理場（電磁場、引力場）和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

為了配合科學目標的完成，“天問一號”一共攜帶了13種有效載荷。軌道器上的7臺儀器包括兩臺相機、火星軌道次表層探測雷達、火星礦物學光譜儀、火星磁力儀、火星離子和中性粒子分析儀、火星高能粒子分析儀。巡視器上的6臺儀器包括多光譜相機、地形相機、火星巡視器次表層探測雷達、火星表面成分探測器、火星磁場探測器和火星氣象監(jiān)測儀。這些儀器將共同幫助中國科學家第一次直接了解火星大氣、地形、磁場和內(nèi)部結(jié)構(gòu)等信息。

2020年7月23日，“天問一號”在海南文昌航天發(fā)射場由長征五號遙四運載火箭發(fā)射升空，正式踏上奔向火星的旅程。2021年2月10日，經(jīng)過近6個半月的飛行，“天問一號”經(jīng)過近火制動順利進入環(huán)繞火星的軌道，成為中國首顆進入火星軌道的探測器。

（摘自5月20日《南方周末》。作者為該報特約撰稿。標題有改動，內(nèi)容有刪減）