張小紅

2020年4月24日，中國(guó)國(guó)家航天局在2020年中國(guó)航天日線上啟動(dòng)儀式上公布：首次火星探測(cè)任務(wù)被命名為“天問(wèn)一號(hào)”，后續(xù)行星任務(wù)依次編號(hào);“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器于2020年7月23日發(fā)射，開啟創(chuàng)造世界歷史的“繞、落、巡”三位一體探測(cè)任務(wù)。

去火星尋找生命，是一個(gè)老生常談的話題，但抵達(dá)火星不是一場(chǎng)說(shuō)走就能走的旅行。受天體運(yùn)行規(guī)律約束，每隔26個(gè)月，地球、火星和太陽(yáng)就會(huì)合成一條直線，此時(shí)地球與火星距離最短，也是最適合發(fā)射探測(cè)器的時(shí)間。如果錯(cuò)過(guò)今年，下一次發(fā)射就要等到2022年。

抓住最佳窗口時(shí)機(jī)，僅是火星探測(cè)的基礎(chǔ)條件，火箭的運(yùn)載能力、入軌精度和可靠性才是火星探測(cè)的重要前提。

相比月球探測(cè)器，火星探測(cè)器要進(jìn)行更多次、更精確的軌道修正，才能精準(zhǔn)地進(jìn)入火星軌道，到達(dá)目的地。如果探測(cè)器在地火轉(zhuǎn)移軌道近地點(diǎn)有每秒1米的速度差或1千米的高度差，到達(dá)火星的位置誤差就可達(dá)10萬(wàn)千米。這一高難動(dòng)作被稱為“從巴黎打一顆高爾夫球，一桿落入東京的球洞”。在探測(cè)器切入火星軌道的過(guò)程中，如果切入點(diǎn)離火星略遠(yuǎn)，則無(wú)法被火星引力捕獲;如果切入點(diǎn)太近，則可能闖入火星大氣層導(dǎo)致墜毀。1999年，美國(guó)火星氣候軌道器在入軌時(shí)，就因混淆了英制和公制單位造成了導(dǎo)航誤差，使其距離火星太近而被燒毀，真正是“差之毫厘，失之千里”。

如何把探測(cè)器中的火星車從火星軌道降落到火星表面，則是更大的挑戰(zhàn)。月球與地球之間平均距離約為38萬(wàn)千米，而火星與地球的最近距離約為5500萬(wàn)千米，最遠(yuǎn)為3億至4億千米，因此火星對(duì)探測(cè)器的測(cè)控能力要求極高?；鹦蔷嚯x地球越遠(yuǎn)，信號(hào)越弱，且兩者距離還有至少10分鐘的信號(hào)延時(shí)。探測(cè)器進(jìn)入火星軌道和著陸的關(guān)鍵時(shí)間，只能依靠研究人員提前輸入數(shù)據(jù)，由探測(cè)器自主判斷，相當(dāng)于“盲降”。在這個(gè)階段，探測(cè)器的防熱措施是否可靠，降落傘、氣囊和緩沖火箭等能否按程序工作至關(guān)重要，整個(gè)過(guò)程被稱為“恐怖7分鐘”，許多探測(cè)器都在此處功虧一簣。2016年10月20日，歐洲“火星生物學(xué)-2016”中的“夏帕雷利”在著陸前與地面失聯(lián)，原因是僅1秒的計(jì)算失誤，造成降落傘與防熱罩提前分離，導(dǎo)致撞毀。

進(jìn)入火星大氣層后，著陸的巡視器還要進(jìn)行氣動(dòng)外形、降落傘、發(fā)動(dòng)機(jī)、多級(jí)減速和著陸反沖軟著陸等一系列工作。環(huán)繞器將為火星車提供中繼通信鏈路，并開展環(huán)繞科學(xué)探測(cè)。此時(shí)，才算真正意義地完成了火星探測(cè)的“繞、落、巡”任務(wù)。

所以，我國(guó)一次發(fā)射就實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸和巡視探測(cè)三大任務(wù)，是世界航天史上的第一次。之所以敢大手筆進(jìn)行嘗試，是因?yàn)槲覈?guó)已建成僅次于美國(guó)的深空測(cè)控網(wǎng)。2018年10月，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)在天津武清站新建70米高性能接收天線，它是完成中國(guó)火星探測(cè)器科學(xué)數(shù)據(jù)接收任務(wù)的關(guān)鍵設(shè)備，也是亞洲在建最大的單口徑全可動(dòng)天線。按計(jì)劃，該天線將于2020年10月具備火星探測(cè)的數(shù)據(jù)接收能力。也就是說(shuō)，在“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器前往火星的路途上，天線就可以接收其發(fā)回的信號(hào)了。深空測(cè)控網(wǎng)技術(shù)的成熟，意味著我國(guó)將逐漸擁有在地球和宇宙間近乎無(wú)死角的深空通信能力。

雖然說(shuō)實(shí)現(xiàn)火星探測(cè)的難度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)“上九天攬?jiān)隆保祟愖叱龅厍颉⑻剿饔钪娴膲?mèng)想，始終不曾遺忘。正如《下一站火星》中說(shuō)的那樣：“走出地球似乎是我們從渺小邁向偉大的必經(jīng)之路?！?/p>

（朱藝?guó)Q薦自《知識(shí)窗》）