“天問(wèn)一號(hào)”啟程，我們?yōu)槭裁匆セ鹦?/h1>
2020-08-23 07:46:52馮華劉詩(shī)瑤左瀟王翔宇
決策探索 2020年17期
馮華 劉詩(shī)瑤 左瀟 王翔宇
7月23日，我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)啟程。隨著長(zhǎng)征五號(hào)遙四火箭的點(diǎn)火升空，我國(guó)拉開(kāi)了向更遙遠(yuǎn)的深空探測(cè)的序幕。我國(guó)將通過(guò)一次發(fā)射，實(shí)現(xiàn)“繞、著、巡”三大任務(wù)，這在世界航天史上尚屬首次。
我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天問(wèn)一號(hào)”正式啟航，“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器將在地火轉(zhuǎn)移軌道飛行約7個(gè)月后，到達(dá)火星附近，通過(guò)“剎車”完成火星捕獲，進(jìn)入環(huán)火軌道，并擇機(jī)開(kāi)展著陸、巡視等任務(wù)，進(jìn)行火星科學(xué)探測(cè)。
為什么去火星
最近20多年以來(lái)，幾乎每一個(gè)發(fā)射窗口都有火星探測(cè)器發(fā)射。今年7月，就有3個(gè)國(guó)家計(jì)劃實(shí)施火星探測(cè)任務(wù)。人們?yōu)槭裁磳?duì)火星情有獨(dú)鐘？
中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)新聞發(fā)言人、國(guó)家航天局探月與航天工程中心副主任劉彤杰表示，火星一直是人類走出地月系統(tǒng)開(kāi)展深空探測(cè)的首選目標(biāo)。以往的探測(cè)發(fā)現(xiàn)了存在水的證據(jù)，火星上是否存在孕育生命條件以及火星是地球的過(guò)去還是地球的未來(lái)，成為火星研究重大科學(xué)問(wèn)題。研究火星對(duì)認(rèn)識(shí)地球演變具有非常重要的比較意義。
國(guó)家航天局探月與航天工程中心深空探測(cè)總體部部長(zhǎng)耿言介紹，太陽(yáng)系共有八大行星，火星的自然條件與地球最為類似。
從工程實(shí)踐來(lái)看，火星探測(cè)相對(duì)于其他的行星探測(cè)也更容易實(shí)現(xiàn)。再?gòu)娜蝿?wù)周期來(lái)看，金星、火星作為地球的鄰居，飛行時(shí)間大約需要6～10個(gè)月。而木星則需要飛行7年，水星也需要花費(fèi)數(shù)年時(shí)間。
最難的環(huán)節(jié)是什么
中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)總設(shè)計(jì)師張榮橋表示，火星探測(cè)工程的最大特點(diǎn)是距離遠(yuǎn)、環(huán)境新。
“火星離地球最遠(yuǎn)4億公里，從地面上發(fā)送一項(xiàng)指令，探測(cè)器要在23分鐘后才能執(zhí)行，這就給我們的測(cè)量、控制帶來(lái)了新的難題?！睆垬s橋說(shuō)，第二個(gè)挑戰(zhàn)是環(huán)境新。“航天器設(shè)計(jì)的邏輯是先了解要去的環(huán)境，然后通過(guò)各種技術(shù)、手段、措施來(lái)保障航天器適應(yīng)這個(gè)環(huán)境，但深空探測(cè)的特點(diǎn)是要去一個(gè)尚不確知的環(huán)境。盡管我們已成功實(shí)現(xiàn)月球的軟著陸，但火星和月球的環(huán)境截然不同，給探測(cè)器的設(shè)計(jì)帶來(lái)很大難度?！?/p>
專家介紹，火星探測(cè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)非常多，發(fā)射段、捕獲段、兩器分離、著陸過(guò)程中氣動(dòng)減速等等，每一個(gè)環(huán)節(jié)都面臨各種挑戰(zhàn)。其中最為關(guān)鍵和核心之處，就是探測(cè)器進(jìn)入火星大氣后的著陸過(guò)程。由于地球與火星距離遙遠(yuǎn)，整個(gè)過(guò)程無(wú)法由地面實(shí)時(shí)控制，必須依靠探測(cè)器自主完成。這一過(guò)程被人們形容為“黑色7分鐘”。
據(jù)介紹，著陸器進(jìn)入火星大氣層的速度高達(dá)18000千米/小時(shí)。超高速摩擦將會(huì)產(chǎn)生高溫，經(jīng)歷了上千攝氏度高溫的考驗(yàn)后，降落傘將幫助火星車進(jìn)行減速。隨后火星車將開(kāi)啟全自動(dòng)駕駛模式，自主完成減速、懸停，避開(kāi)火星表面復(fù)雜地形后，緩緩降落至火星表面。
航天科技集團(tuán)五院火星探測(cè)器總設(shè)計(jì)師孫澤洲說(shuō)，此次我國(guó)火星探測(cè)任務(wù)起點(diǎn)高，技術(shù)跨度大，探測(cè)器研制中關(guān)聯(lián)性異常復(fù)雜?！斑@次任務(wù)最核心、最難的地方，就是探測(cè)器進(jìn)入火星大氣后氣動(dòng)外形和降落傘減速的過(guò)程，只有一次機(jī)會(huì)，必須確保成功?！?/p>
火星車著陸后干什么
探測(cè)器分為環(huán)繞器和著陸巡視器。劉彤杰介紹，著陸巡視器將在火星烏托邦平原南部預(yù)定區(qū)域?qū)嵤┸浿?。“到達(dá)火星不是目的，盡可能獲得有效科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)才是目標(biāo)。”據(jù)介紹，圍繞火星環(huán)繞的環(huán)繞器搭載了7臺(tái)科學(xué)儀器，火星車則攜帶了6臺(tái)載荷。
對(duì)于環(huán)繞器與著陸器將開(kāi)展的探測(cè)工作，專家做了形象的歸納：照相，去了之后總要看看火星長(zhǎng)啥樣，傳回火星圖像;測(cè)物質(zhì)，火星表面有什么物質(zhì)，構(gòu)成成分是什么;測(cè)環(huán)境，攜帶的這類儀器數(shù)量最多，探測(cè)火星的磁場(chǎng)環(huán)境、離子與中性粒子、高能離子等情況;看內(nèi)部，盡管只是探測(cè)淺層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，也是大家關(guān)注的焦點(diǎn)，火星地下的分層結(jié)構(gòu)如何，到底有沒(méi)有水冰的存在等;看氣象，火星上的溫度變化到底怎么樣，可以測(cè)風(fēng)、測(cè)溫、測(cè)氣壓，還能聽(tīng)聽(tīng)火星上有什么聲音。
張榮橋表示，我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)2016年正式立項(xiàng)，經(jīng)業(yè)界專家分析研判，最后提出一步實(shí)現(xiàn)“繞、著、巡”的工程目標(biāo)?！斑@樣的目標(biāo)對(duì)我們來(lái)講有難度，但是大家努努力、踮踮腳、伸伸手還是有可能實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)這次任務(wù)的實(shí)施，在火星使命牽引下的新一輪創(chuàng)新，對(duì)實(shí)現(xiàn)航天技術(shù)領(lǐng)域新跨越、推動(dòng)我國(guó)由航天大國(guó)走向航天強(qiáng)國(guó)意義重大?！?/p>
深空探測(cè)下一步怎么走
專家分析，探月工程的經(jīng)驗(yàn)，以及大推力運(yùn)載火箭、超1億公里測(cè)控等技術(shù)的突破，都為火星探測(cè)任務(wù)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
值得一提的是，長(zhǎng)五遙四運(yùn)載火箭的整流罩上都噴涂了與我國(guó)開(kāi)展航天國(guó)際合作的國(guó)家和國(guó)際組織航天機(jī)構(gòu)的標(biāo)識(shí)。國(guó)家航天局局長(zhǎng)張克儉對(duì)此表示，火星探測(cè)作為開(kāi)放性的科學(xué)探索平臺(tái)，包括港澳地區(qū)高校在內(nèi)的全國(guó)多地研究機(jī)構(gòu)積極參與了研制過(guò)程，我國(guó)也與歐空局、法國(guó)、奧地利、阿根廷等國(guó)家和組織開(kāi)展了多項(xiàng)合作。國(guó)家航天局已經(jīng)與40多個(gè)國(guó)家簽署了100多份合作協(xié)議。張克儉說(shuō)：“國(guó)家航天局愿意與發(fā)達(dá)國(guó)家、航天大國(guó)進(jìn)行合作，也愿意和一些發(fā)展中國(guó)家合作。中國(guó)愿意與其他國(guó)家共享航天技術(shù)，促進(jìn)全球的合作和發(fā)展?！?/p>
火星探索的起步，代表了中國(guó)在深空探索領(lǐng)域已確定了下一個(gè)方向，中國(guó)的行星探測(cè)形成了整體概念。
據(jù)透露，“天問(wèn)”系列探測(cè)任務(wù)還將繼續(xù)，我國(guó)計(jì)劃在2030年開(kāi)展第二次火星探測(cè)任務(wù)，也會(huì)繼續(xù)推動(dòng)小行星探測(cè)和木星、土星等更遠(yuǎn)星球的探測(cè)工程。
國(guó)家航天局探月與航天工程中心主任劉繼忠描繪了深空探測(cè)的未來(lái)：“除了行星探測(cè)，深空探測(cè)還包括月球探測(cè)和太陽(yáng)探測(cè)。今年，我國(guó)將發(fā)射嫦娥五號(hào)進(jìn)行月面采樣返回，這是我國(guó)探月工程三期的收官之戰(zhàn)，后續(xù)還將探測(cè)月球南極，已規(guī)劃嫦娥六號(hào)、嫦娥七號(hào)和嫦娥八號(hào)等任務(wù)，未來(lái)也期待與國(guó)際同行合作，建立月球科研站。同時(shí)，對(duì)太陽(yáng)的探測(cè)也會(huì)采取多種方式進(jìn)行?！?/p>
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