文 思 客

2020年是中國(guó)火星探測(cè)元年。

萬(wàn)眾期待下，“天問(wèn)一號(hào)”順利升空，將為中國(guó)打開火星之門，使我們真正進(jìn)入深空，走近火星。

登陸火星有多難？各國(guó)又為何“扎堆”去火星？大家口中所說(shuō)的“恐怖7 分鐘”又是怎么回事呢？思客將為你一一解惑。

登陸火星有多難？

火星，古往今來(lái)自帶一抹神秘色彩。早從60 年前開始，人類就開啟了對(duì)這顆赤色星球的探索。然而，幾十年間，探測(cè)的成功率卻不足一半。有數(shù)據(jù)顯示，自20世紀(jì)60年代以來(lái)，人類的火星探測(cè)活動(dòng)達(dá)40 多次，成功率卻不到50%，其余的項(xiàng)目都出現(xiàn)探測(cè)器撞毀、失靈或失蹤等情況。為此，在業(yè)界，火星甚至被稱為“探測(cè)器墳場(chǎng)”，其探測(cè)難度可想而知。

探測(cè)為何如此之難？地火兩星相隔甚遠(yuǎn)是一大原因。我們常說(shuō)火星是地球的鄰居，但它實(shí)在算不上“近鄰”。據(jù)測(cè)算，地火之間最遠(yuǎn)距離約4 億公里，最近距離也有約5500 萬(wàn)公里，是地月距離的150 倍。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，月球與地球的距離幾乎“近在咫尺”。因此火星探測(cè)器在抵達(dá)目的地之前，往往需要飛行很長(zhǎng)的距離，時(shí)間長(zhǎng)達(dá)7～8 個(gè)月。在這個(gè)長(zhǎng)途旅行中，對(duì)探測(cè)器的發(fā)射、軌道、控制、通信、電源、入軌、著陸等技術(shù)都有很高要求。所以，“探火”可比“探月”要難多了。

為何夏季“扎堆”去火星？

眾所周知，火星、地球都繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，但兩者速度不同，軌道也不同。因此只有每隔約26 個(gè)月，才能等到地火直線距離最近的時(shí)候，此時(shí)兩行星間距離約為5500 萬(wàn)公里。而在這一時(shí)刻前后，從地球發(fā)射火星探測(cè)器，能讓人類“探火”之旅的“趕路”時(shí)間更短，所攜燃料更少，成本也更加低廉。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，此時(shí)是“抄近路”去火星的最佳機(jī)會(huì)，航天工程上所說(shuō)的發(fā)射“窗口期”也由此而來(lái)。今夏的7 至8 月，全球就迎來(lái)了發(fā)射火星探測(cè)器的這一“高光時(shí)刻”。有能力進(jìn)行火星探測(cè)的國(guó)家，當(dāng)然都不愿錯(cuò)過(guò)這個(gè)“窗口期”。因此，也就不難理解為何會(huì)出現(xiàn)多個(gè)國(guó)家“扎堆”去火星的狀況。畢竟如果錯(cuò)過(guò)這次窗口期，下一次的好時(shí)機(jī)可就要等到2022年了。

“三套餐”組合是什么？

不同于之前與俄羅斯合作最后遺憾失敗的“螢火一號(hào)”，此次“天問(wèn)一號(hào)”是我國(guó)自主發(fā)射的第一顆火星探測(cè)器。為了一步到位，“少花錢，多辦事”，我國(guó)首次火星探測(cè)計(jì)劃通過(guò)一次發(fā)射，完成“繞、落、巡”三大探測(cè)任務(wù)，這是世界航天史上從未有過(guò)的。據(jù)了解，美國(guó)“海盜1 號(hào)”“海盜2 號(hào)”火星探測(cè)器也僅僅是通過(guò)一次發(fā)射實(shí)現(xiàn)了環(huán)繞、著陸兩種探測(cè)目標(biāo)。為此，“天問(wèn)一號(hào)”集成了一個(gè)“三套餐”組合。包括火星軌道環(huán)繞器、著陸器、巡視器（火星車），將分別實(shí)現(xiàn)“火星環(huán)繞”“火星表面降落”“巡視探測(cè)”三項(xiàng)探測(cè)任務(wù)。這也是天問(wèn)一號(hào)明顯不同于另外兩個(gè)火星探測(cè)器的地方。據(jù)悉，美國(guó)將發(fā)射的“毅力號(hào)”是由著陸器和巡視器兩部分構(gòu)成，而此前阿聯(lián)酋升空的“希望號(hào)”則只有環(huán)繞探測(cè)器。

“天問(wèn)一號(hào)”除了完成這三大探測(cè)任務(wù)之外，還設(shè)定了五大科學(xué)目標(biāo)，包括空間環(huán)境、形貌特征、表層結(jié)構(gòu)等研究。

落地7分鐘有多“恐怖”？

整個(gè)火星探測(cè)任務(wù)中，最難的便是著陸這一關(guān)。由于地火距離遙遠(yuǎn)，因此火星探測(cè)器需要完全自主導(dǎo)航控制完成著陸之旅。著陸器在“奔火”的途中一直處于高速飛行狀態(tài)，因此在再入、下降與著陸過(guò)程中，要在7 分鐘內(nèi)將探測(cè)器的時(shí)速?gòu)? 萬(wàn)千米降低到零。正是這個(gè)過(guò)程，被稱之為“恐怖7 分鐘”。這一階段，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都至關(guān)重要。

而由于著陸過(guò)程時(shí)間太短，遠(yuǎn)不夠完成一次地火通訊。這就意味著全程超過(guò)1000 個(gè)動(dòng)作的降落過(guò)程必須依靠火星探測(cè)器自主完成，對(duì)軟件和硬件的要求極高。然而，茫茫深空中，失之毫厘，謬以千里。歷史上許多探測(cè)器都在這“恐怖7分鐘”里功虧一簣。

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登陸月球之后，人類選擇的下一個(gè)目標(biāo)往往是火星，原因在于它的自然環(huán)境與地球最為相似。因此火星被視作除地球外有可能孕育生命的星球之一，也被認(rèn)為是未來(lái)人類最有可能移居的行星，這些都吸引著多個(gè)國(guó)家去探索這顆神秘星球。

從20世紀(jì)60年代起，人類就開始不斷地向火星發(fā)射探測(cè)器，然而成功著陸火星的國(guó)家只有美國(guó)?；鹦翘綔y(cè)作為航天強(qiáng)國(guó)的重要標(biāo)志之一，在這一深空探測(cè)的科學(xué)浪潮中，又豈能少了中國(guó)的身影？如果說(shuō)此前探測(cè)月球只是“熱身運(yùn)動(dòng)”，是為探測(cè)火星做準(zhǔn)備，那么經(jīng)過(guò)多年來(lái)的打基礎(chǔ)、練技術(shù)，目前的中國(guó)已具備開展自主火星探測(cè)的能力。

“天問(wèn)一號(hào)”，成功升空，僅僅是邁向深空的第一步。數(shù)月后，如果我國(guó)“天問(wèn)一號(hào)”的任務(wù)圓滿完成，那么我國(guó)將成為世界上第二個(gè)登陸火星的國(guó)家，也代表著我國(guó)深空探測(cè)技術(shù)水平站到了世界前列。

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