周穎

隨著航天科技的發(fā)展，人類對(duì)于行星探索的興趣與嘗試與日俱增。其中，火星是全球最為熱門的行星“旅行地”。

由于火星是太陽系中距離地球較近的行星之一，其自然環(huán)境與地球極為相似?；鹦翘綔y(cè)不僅有助于探究火星生命的存在和演化過程等問題，更可借此了解地球的演化歷史、預(yù)測(cè)地球未來變化趨勢(shì)，為人類開辟新的生存空間尋找潛在目標(biāo)。

尋找地外生命和研究火星的形成演化過程是火星探測(cè)的兩大科學(xué)主題。中國發(fā)射火星探測(cè)器，既是為了研究火星，為人類尋找未來家園，也是為了能夠反觀自身，探究地球的過去和將來。

根據(jù)計(jì)劃，中國首次火星探測(cè)將通過一次成功的發(fā)射，實(shí)現(xiàn)一次性完成“ 環(huán)繞、著陸、巡視”三個(gè)目標(biāo)的探測(cè)方案，在全球尚屬首次。2020 年7 月23 日，我國成功發(fā)射“天問一號(hào)”火星探測(cè)器，標(biāo)志著中國將成為世界上探測(cè)火星首次完成軟著陸任務(wù)的國家，并成為繼美國之后第二個(gè)完成火星漫游的國家。

這段看似簡單的旅程，實(shí)際上充滿著挑戰(zhàn)和兇險(xiǎn)。目前全球已實(shí)施火星探測(cè)活動(dòng)40 多次，但成功率僅有40%?；鹦翘綔y(cè)器發(fā)射升空以后，將飛行7～8 個(gè)月的時(shí)間，預(yù)計(jì)在2021 年2 月到達(dá)火星的引力場(chǎng)以內(nèi)，然后再經(jīng)過火星的捕獲，才能到達(dá)火星。探測(cè)器在經(jīng)過長途飛行后，如何成功被火星的引力場(chǎng)捕獲，是此次任務(wù)中的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

在漫長旅途中，科學(xué)人員會(huì)根據(jù)火星探測(cè)器軌道的具體情況，不斷修正探測(cè)器的飛行方向，當(dāng)它到達(dá)火星附近時(shí)要及時(shí)“ 剎車”。而一旦捕獲失敗，探測(cè)器將會(huì)與火星擦肩而過，“滑”向更遠(yuǎn)的太空。探測(cè)器被火星引力場(chǎng)捕獲后，就進(jìn)入火星的循環(huán)軌道，再經(jīng)過多次的調(diào)整，就可以進(jìn)行環(huán)繞火星探測(cè)了。

在完成環(huán)繞火星探測(cè)之后，火星探測(cè)器將降落在火星表面。盡管降落的過程僅有7 分鐘，但這個(gè)被稱作“恐怖7 分鐘”的降落過程，卻是整個(gè)任務(wù)的關(guān)鍵點(diǎn)。

著陸為何難？著陸時(shí)，火星探測(cè)器要在7 分鐘內(nèi)將其時(shí)速從2 萬千米降低到零，這需要融合氣動(dòng)外形、降落傘、發(fā)動(dòng)機(jī)、多級(jí)減速和著陸反沖等多項(xiàng)技術(shù)，才能實(shí)施軟著陸，對(duì)軟件和硬件的要求極高。目前，在國際上主要有兩種減速方式。中國以探月工程中的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)作為基礎(chǔ)，通過四個(gè)階段逐步減速，最終使探測(cè)器平穩(wěn)到達(dá)火星表面。

第一階段為氣動(dòng)減速，通過“急剎車”的方式，將火星探測(cè)器速度從每秒4.8 千米降至每秒460 米;第二階段為打開降落傘，把火星探測(cè)器速度降到每秒95 米;第三階段為動(dòng)力減速，探測(cè)器的反推發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火工作，將火星探測(cè)器速度減小到每秒3.6 米;第四階段的最后100 米為懸停避障階段，探測(cè)器將懸停在空中，對(duì)火星表面進(jìn)行觀察，為選定著陸點(diǎn)做最后準(zhǔn)備。

著陸器在火星表面軟著陸成功后，將釋放火星車，在火星表面進(jìn)行巡視探測(cè)、研究火星地貌特征等多項(xiàng)任務(wù)?；鹦擒嚥⒎恰?不休不眠”。為規(guī)避火星極端天氣的影響，火星車將設(shè)置自主休眠和自主喚醒功能。就像正在月球上忙碌的“嫦娥四號(hào)”和“玉兔二號(hào)”一樣，火星車的探測(cè)工作也講究“勞逸結(jié)合”。

由于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇髸r(shí)延，要求火星車必須具有很高的自主能力。同時(shí)，火星光照強(qiáng)度小，加上火星大氣對(duì)陽光的削減作用，火星車能源供給比月球車更為困難。這些因素都使得火星探測(cè)任務(wù)更具難度和復(fù)雜性。