降落火星一周年：星辰大海，我們的歸宿

孟槿

2021年5月15日，“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器于火星烏托邦平原成功著陸，火星上首次留下中國(guó)的印跡，我國(guó)成為世界上首個(gè)一次實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸和巡視的國(guó)家。值此一周年之際，我們有幸邀請(qǐng)到航天科普專家錢航，一起聊聊火星與星辰大海。

錢航在其撰寫(xiě)的《出發(fā)，去火星》一書(shū)中回憶童年時(shí)代，他在陽(yáng)臺(tái)上席地而坐，望著月亮聽(tīng)母親講起“嫦娥奔月”等神話故事，在那個(gè)少有課外書(shū)的時(shí)期，充滿幻想色彩的故事令他倍感神奇與溫暖，這也給他未來(lái)走上航天之路埋下了一顆種子。如今，經(jīng)過(guò)包括錢航在內(nèi)的幾代航天人的努力，我們得以走進(jìn)神話，“嫦娥五號(hào)”飛向月球、“天問(wèn)一號(hào)”奔赴火星，而由此帶來(lái)的奇景勢(shì)必也會(huì)點(diǎn)燃更多人心中的飛翔之夢(mèng)。

受訪人：錢????航

中國(guó)航天科技集團(tuán)一院航天科普專家，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心博士。多次參與載人航天發(fā)射任務(wù)，承擔(dān)多項(xiàng)航天專業(yè)課題。錢學(xué)森青少年航天科學(xué)院專家，青少年科技教育專家。參與我國(guó)歷次太空授課地面科普工作，探月探火等多次重要發(fā)射任務(wù)中央電視臺(tái)直播嘉賓。出版科普?qǐng)D書(shū)《出發(fā)，去火星》等多本著作。

采訪人：為什么選擇火星作為我國(guó)行星探測(cè)的開(kāi)端？

錢???航：目前來(lái)看，太陽(yáng)系八顆行星中火星既與地球鄰近，很多特征也與地球較為相似。根據(jù)之前的研究，火星上發(fā)現(xiàn)了河床，表明以前可能有水甚至是大江大湖存在。我們都知道水是生命誕生的基本條件，那么這些水現(xiàn)在去哪兒了？探索這過(guò)程中發(fā)生了什么，對(duì)人類或地球的未來(lái)也會(huì)有所啟發(fā)。

除此之外，從技術(shù)層面考慮，去火星更容易實(shí)現(xiàn)，不過(guò)這個(gè)“容易”是相對(duì)的。正如剛才所說(shuō)，火星相較其他行星離地球更近，盡管如此，“天問(wèn)一號(hào)”2020年7月23日發(fā)射，到2021年2月10日成功被火星捕捉進(jìn)入環(huán)火軌道，也要經(jīng)歷七個(gè)月漫長(zhǎng)的奔火之旅。人類從1960年開(kāi)始火星探測(cè)，迄今六十余年，截至目前共四十六次探測(cè)項(xiàng)目，成功率總體上卻只有五成。在此之前我們研究和探索了月球，它是地球衛(wèi)星，而行星探索是緊接著必須要邁出的一步。種種原因令火星成了走出地月系統(tǒng)開(kāi)展深空探測(cè)的首選目標(biāo)。

采訪人：要實(shí)現(xiàn)火星探索，具體的難點(diǎn)在哪里？

錢????航：就“天問(wèn)一號(hào)”而言，任務(wù)本身難度就是極大的，想要通過(guò)一次任務(wù)實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸和巡視，這是世界各個(gè)國(guó)家從未有過(guò)的嘗試。

除了上文提到的距離遙遠(yuǎn)外，地球、火星、探測(cè)器之間一直是相對(duì)運(yùn)動(dòng)，地表測(cè)控通信難以全空間覆蓋也是難點(diǎn)。在環(huán)火探測(cè)中，還會(huì)遇到兩次日凌，此時(shí)火星、地球會(huì)運(yùn)行到太陽(yáng)的兩側(cè)，位置將與探測(cè)器呈現(xiàn)為一條直線，太陽(yáng)巨大的身軀會(huì)擋在火星與地球中間，影響通信往來(lái)，通信中斷最長(zhǎng)可達(dá)到三十天，測(cè)控信號(hào)傳輸時(shí)延大，最短超過(guò)三分鐘，最長(zhǎng)則達(dá)二十幾分鐘。特別是執(zhí)行近火捕獲、兩器分離等決定任務(wù)成敗且只有一次機(jī)會(huì)的軌道控制時(shí)，探測(cè)器距離地球約三億千米，信號(hào)時(shí)延十五分鐘以上，由地面進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)控干預(yù)的條件已不存在，探測(cè)器必須自主執(zhí)行預(yù)先注入的指令，并自行判斷指令執(zhí)行的效果，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，必須在極短時(shí)間內(nèi)根據(jù)自測(cè)量信息進(jìn)行自診斷，并完成故障的自恢復(fù)。為了應(yīng)對(duì)這種不確定性，探測(cè)器也擁有在軌自主運(yùn)行大于六十天的能力。

并非著陸后就萬(wàn)事大吉，現(xiàn)在的火星舉目望去是一片荒涼，長(zhǎng)期風(fēng)化加上缺乏溫室效應(yīng)，導(dǎo)致其不同區(qū)域間氣壓差很大，星球表面經(jīng)常出現(xiàn)沙塵暴，惡劣的環(huán)境亦會(huì)給探測(cè)工作帶來(lái)更多挑戰(zhàn)。

采訪人：?2020年，中國(guó)、美國(guó)、阿聯(lián)酋幾乎同步發(fā)射火星探測(cè)器，很多人說(shuō)這是新一輪的太空競(jìng)賽，對(duì)此您怎么看？

錢???航：這是由于每二十六個(gè)月才有一次的“火星發(fā)射窗口”造成的現(xiàn)象。因?yàn)閮深w星球距離遙遠(yuǎn)，從時(shí)間、難度、節(jié)省燃料等方面綜合考慮，必須要找到最佳發(fā)射時(shí)機(jī)——地球與火星運(yùn)行到特殊的位置，而探測(cè)器發(fā)射后剛好能以最短時(shí)間抵達(dá)。機(jī)會(huì)難得、稍縱即逝，所以大家都會(huì)選擇在這個(gè)窗口期發(fā)射。

采訪人：中國(guó)首輛火星車“祝融號(hào)”的造型設(shè)計(jì)有何獨(dú)特之處？

錢????航：相比起其他國(guó)家的火星車，“祝融號(hào)”在造型和功能上都可以說(shuō)是做出了很大突破與創(chuàng)新?！白Ｈ谔?hào)”高1.85米，看上去和高個(gè)子成年人差不多，但實(shí)際重量大約240千克，豎立在前方桅桿頂端的方形設(shè)備可以看作是它的“眼睛”，這是其裝配的全景相機(jī)。它的多光譜有好幾個(gè)譜段，能識(shí)別前方的礦物質(zhì)成分，清晰地看到前面的地形地貌，還能有效避開(kāi)路上的障礙。

有人將“祝融號(hào)”稱為“火星蝴蝶”，這或許是因?yàn)樗嗡瞥岚虻乃膫€(gè)太陽(yáng)能電池板。此部分其實(shí)是用來(lái)為“祝融號(hào)”提供運(yùn)行能源的。太陽(yáng)能電池板表面有一層微結(jié)構(gòu)膜，微觀結(jié)構(gòu)與蓮葉表面的結(jié)構(gòu)類似，能夠讓火星漫天的沙塵與電池板表面之間相隔一層極薄的空氣，從而減少沙塵帶來(lái)的損耗，當(dāng)它把電池板豎起來(lái)，看似附著的沙塵就能夠從上面滑落下來(lái)。除了保證能源供給，車身上還裝有兩塊圓形的相變保溫材料，以應(yīng)對(duì)火星無(wú)常的溫度，白天保溫材料液化吸收熱量，夜晚則固化釋放熱量，無(wú)論外界如何變化，“祝融號(hào)”依然能保持體溫的恒定。它的設(shè)計(jì)壽命是三個(gè)火星月，相當(dāng)于能夠運(yùn)行九十二個(gè)地球日，一切的設(shè)計(jì)都是為了各個(gè)組件能夠更穩(wěn)定地工作?！白Ｈ谔?hào)”現(xiàn)在運(yùn)行遠(yuǎn)超過(guò)九十個(gè)火星日，還在超期服役中。期待它能給我們帶來(lái)更多關(guān)于火星的驚喜。

采訪人：作為航天工作者，當(dāng)您仰望星空時(shí)在想什么？

錢???航：大家提到太空，幾乎都會(huì)聯(lián)想到它的無(wú)垠、神秘或者浪漫，因此許多有關(guān)于此的藝術(shù)作品誕生。對(duì)于我來(lái)說(shuō)，這些感受當(dāng)然會(huì)有，但還有“危險(xiǎn)”二字。例如載人航天相關(guān)工程，一旦出現(xiàn)紕漏可能就是人命關(guān)天，想要前往太空，幻想之余還有著許多復(fù)雜的技術(shù)工作。

采訪人：每當(dāng)提及太空探索、觀看發(fā)射任務(wù)，我們都會(huì)有一種心潮澎湃的感覺(jué)，從您的角度看為何如此？

錢????航：我想是一種航天精神在鼓勵(lì)著我們。中國(guó)航天起源于一窮二白的年代，追溯到中國(guó)第一顆人造衛(wèi)星“東方紅一號(hào)”，那時(shí)中國(guó)僅有幾臺(tái)電子計(jì)算機(jī)和數(shù)量并不充裕的手搖計(jì)算機(jī)，為了將衛(wèi)星送入太空，工作人員要在計(jì)算室內(nèi)一天三班倒，光是算出一條軌道，都要花費(fèi)近一年時(shí)間。如此艱難的條件下我們依然成功了。即使到了今天，“天問(wèn)一號(hào)”也面臨著巨大的挑戰(zhàn)，需要無(wú)數(shù)人的付出。但正是這種不畏艱難的探索精神，令我們?nèi)〉昧巳缃竦某晒?/p>

宏觀地看，太空探索向我們揭開(kāi)了宇宙的一角，讓我們有超越地球視角，了解另一顆星球，從而去思考人類命運(yùn)的契機(jī)。但它也能夠從更現(xiàn)實(shí)的層面影響我們的生活。太空探索的難度必然會(huì)帶動(dòng)更多先進(jìn)技術(shù)發(fā)展，很多領(lǐng)域都是在航天的推動(dòng)下實(shí)現(xiàn)突破的，像嬰兒的尿不濕、我們腳下的氣墊鞋，最初都是為了讓航天員適應(yīng)太空生活的產(chǎn)物。出發(fā)去太空，不僅能給我們帶來(lái)精神層面的鼓勵(lì)與視覺(jué)、思想上的擴(kuò)展，還能夠真正惠及每個(gè)人的生活。

編后語(yǔ)：

錢航博士在采訪中提到，童年時(shí)那些充滿幻想的故事為他未來(lái)走上航天路埋下了種子，這正是《科幻世界》四十余年來(lái)一直在做的事情。我們抱著播撒夢(mèng)想和希望的初心，為更多的孩子們帶去天馬行空的科幻故事，用文字澆灌夢(mèng)想的種子，期待著這些種子蓬勃生長(zhǎng)，直到像那滿天繁星一樣，遍布蒼穹。因?yàn)檠鐾强眨孕膽褖?mèng)想。星辰大海是人類的歸宿，祝愿人類生生不息，繁榮昌盛！

“祝融號(hào)”火星車介紹

“祝融號(hào)”火星車是中國(guó)“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)任務(wù)的火星巡視器部分，于2020年7月23日由長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭發(fā)射升空。2021年5月15日，“祝融號(hào)”在火星烏托邦平原南部著陸，標(biāo)志著中國(guó)成為第二個(gè)成功將巡視器著陸在火星表面的國(guó)家。截至2022年5月，“祝融號(hào)”已在火星表面累計(jì)行駛1921米，工作情況良好。

圖為“賽凡科幻空間”推出、“鷹翔模型”制造的“祝融號(hào)火星車場(chǎng)景拼裝模型”。