南方周末特約撰稿　鞠強

火星車導航相機拍攝的火星車尾部及火星表面?！液教炀帧?圖

★隨著“祝融號”在火星上踽踽獨行并陸續(xù)傳回圖像數(shù)據(jù)，中國已成為繼美國之后世界上第二個成功著陸火星并開展探測工作的國家。

2021年5月15日7時18分，“天問一號”火星探測器成功在火星表面著陸。這是我國首次實施火星著陸任務，我國也成為繼蘇聯(lián)和美國之后第三個探測器成功在火星著陸的國家，中國深空探索進入新的時代。

十年磨劍

在太陽系的八大行星中，火星與地球最為相似。科學家研究火星，希望能夠破解太陽系的起源和演化以及地外生命是否存在等重大問題，同時探索移居地外的可能性。因此，火星成為人類探索太空的優(yōu)先目標。

1960年，人類開啟探索火星的征程，但蘇聯(lián)發(fā)射的兩臺探測器都沒能離開地球。1965年，美國的“水手4號”飛掠火星。1971年，美國的“水手9號”成為首個環(huán)繞火星的探測器。1975年，美國的“海盜1號”和“海盜2號”成功在火星表面著陸。1996年出發(fā)的美國“探路者號”著陸器成功在火星表面著陸，并且釋放“旅居者號”火星車，這是人類第一輛火星車。飛掠、環(huán)繞、著陸和巡視也代表了目前火星探測的四種主要類型。

在人類探索火星的最初半個世紀里，美國、俄羅斯（蘇聯(lián)）、歐洲、印度和日本紛紛實施了火星探測計劃，卻幾乎沒有中國人的身影。直到21世紀初，隨著嫦娥探月工程立項，中國人真正意識到，向另一顆星球進發(fā)的時代正在到來。2007年10月24日，“嫦娥1號”發(fā)射升空。在“嫦娥1號”取得成功后，專家就開始謀劃我國深空探測的后續(xù)發(fā)展。2010年，8位院士聯(lián)名向國家建議，開展月球以遠的深空探測的綜合論證。2016年1月11日，中國首次火星探測正式立項。

2016年兩會期間，中國科學院院士葉培建透露，中國準備在2020年發(fā)射火星探測器。2016年8月23日，“中國火星探測工程名稱和圖形標識全球征集活動”新聞發(fā)布會在北京召開，會上首次公布中國第一個火星探測器和火星車外觀設計構型。2019年11月14日，首次火星探測任務著陸器懸停避障試驗在河北省懷來縣完成，此次試驗是我國火星探測任務首次公開亮相，試驗模擬了著陸器在火星環(huán)境下懸停、避障、緩速下降的過程，對其設計正確性進行了綜合驗證。

2020年4月24日，國家航天局在2020年中國航天日線上啟動儀式上宣布，中國行星探測任務被命名為“天問”（Tianwen）系列，首次火星探測任務被命名為“天問一號”，后續(xù)行星任務依次編號?！疤靻枴比∽灾袊糯鷤ゴ笤娙饲摹短靻枴罚仲N合數(shù)千年來中國人對蒼穹求索的歷程。命名規(guī)則也透露出，火星探測只是中國未來將要進行的行星探測的起點，其他行星也將迎來中國的“客人”。

地球和火星之間每隔26個月有一個發(fā)射窗口。在此前幾個發(fā)射窗口中，都有前往火星的探索任務，而2020年7月底到8月初的這個發(fā)射窗口，更是格外熱鬧。除了中國的火星任務外，阿聯(lián)酋的“希望號”火星探測器和美國的“毅力號”火星探測器也都先后啟程前往火星。

有備而來

在2020年的這個發(fā)射窗口，各國根據(jù)自身的情況和目標選擇了不同的方案。美國的任務是巡視，阿聯(lián)酋的任務是環(huán)繞，而中國的任務則是多步并作一步，包括環(huán)繞、著陸和巡視。這既是中國首次火星任務的難點，同時也是創(chuàng)新點。美國基本上是分開完成各種類型的任務，而歐洲航天局兩次挑戰(zhàn)“繞、落、巡”也都沒有成功。一次實現(xiàn)三個目標，是其他國家第一次實施火星探測時前所未有的，挑戰(zhàn)也是空前巨大。

“天問一號”探測器的設計也服務于這個目標。探測器重約5噸，由一個軌道器和一個著陸巡視器組成。軌道器為巡視器提供中繼通信鏈路，同時本身進行為期1個火星年（約1.88個地球年）的科學觀測。著陸巡視器在火星表面進行軟著陸，候選著陸點為位于火星北半球的烏托邦平原，這個區(qū)域可能是一個古海洋所在地，有很高的科學價值。依靠太陽能提供能量的巡視器（火星車）重約240千克，質量幾乎是“玉兔號”月球車的兩倍，預計將在火星表面工作90個火星日（1個火星日約合24小時39分鐘）左右。

雖然這是中國第一次獨立開展火星探測，但起點高，制定了豐富的科學目標?！疤靻栆惶枴钡闹饕蝿帐抢密壍榔鲗φ麄€火星進行全面廣泛的勘測，并將巡視器送到有科研價值的表面位置，進行高精度、高分辨率的詳細調查。具體來說，“天問一號”的科學目標主要有5項，分別是繪制火星形態(tài)和地質結構圖、調查火星表面的土壤特征和水冰分布、分析火星表面的物質組成、測量電離層和火星地表氣候及環(huán)境特征以及探索火星的物理場（電磁場、引力場）和內(nèi)部結構。

為了配合科學目標的完成，“天問一號”一共攜帶了13種有效載荷。軌道器上的7臺儀器包括兩臺相機、火星軌道次表層探測雷達、火星礦物學光譜儀、火星磁力儀、火星離子和中性粒子分析儀、火星高能粒子分析儀。巡視器上的6臺儀器包括多光譜相機、地形相機、火星巡視器次表層探測雷達、火星表面成分探測器、火星磁場探測器和火星氣象監(jiān)測儀。這些儀器將共同幫助中國科學家第一次直接了解火星大氣、地形、磁場和內(nèi)部結構等信息。

2020年7月23日，“天問一號”在海南文昌航天發(fā)射場由長征五號遙四運載火箭發(fā)射升空，正式踏上奔向火星的旅程。2021年2月10日，經(jīng)過近6個半月的飛行，“天問一號”經(jīng)過近火制動順利進入環(huán)繞火星的軌道，成為中國首顆進入火星軌道的探測器。

創(chuàng)造歷史

2021年4月24日，又是在中國航天日這一天，國家航天局宣布首輛火星車命名為“祝融”。祝融在中國傳統(tǒng)文化中被尊為最早的火神，此次命名寓意點燃我國星際探測的火種，指引人類對浩瀚星空、宇宙未知的接續(xù)探索和自我超越。

在進入火星軌道后，“天問一號”開始通過攜帶的相機對烏托邦平原進行觀測，進一步考察著陸區(qū)的地形，選擇平坦的著陸區(qū)。同時，“天問一號”也在了解著陸區(qū)的天氣情況并作出預報，挑選適合的著陸時間，以避免被火星巨大的沙塵暴所干擾。根據(jù)此前的火星氣象數(shù)據(jù)，火星沙塵活動集中在下半年，北半球在春夏期間比較寧靜。綜合各種因素之后，科研人員最終選擇在5月中旬著陸，確定了5月15日凌晨開始的著陸窗口。

在這個火星探測窗口中，阿聯(lián)酋選擇了環(huán)繞的方式，此前成功發(fā)射過火星探測器的印度選擇的也是環(huán)繞的方式。除了科學目標不同外，一個重要的原因就是在火星實施著陸探測有非常大的難度。蘇聯(lián)的“火星3號”完成過一次接近成功的軟著陸，美國國家航空航天局（NASA）成功過9次，歐洲空間局的2次嘗試均遭失敗。

在“天問一號”著陸巡視器降落到火星表面的過程中，經(jīng)歷了一個所謂“死亡八分鐘”的過程。5月15日凌晨1時許，“天問一號”探測器在停泊軌道實施降軌，機動至火星進入軌道。4時許，著陸巡視器與軌道器分離，歷經(jīng)約3小時的飛行后，進入火星大氣。接下來，就是堪稱生死考驗的“死亡八分鐘”。著陸巡視器先后經(jīng)歷了三個減速階段：第一個是氣動減速段，在這個階段著陸巡視器利用大氣摩擦將速度從4.8千米/秒減速到460米/秒；第二個是傘系減速段，著陸巡視器在距離火星表面大約11千米處打開降落傘，利用降落傘減速到95米/秒；第三個是動力減速段，著陸巡視器利用著陸平臺底部7500牛發(fā)動機產(chǎn)生的反沖力，將速度降到約1.5米/秒。此后，著陸巡視器進入懸停避障段，在距離表面100米高度處將速度減為0，達到懸停狀態(tài)，同時避開下面的障礙物。最后，著陸巡視器在緩速下降段中依靠著陸腿降落在火星表面。在兩器分離約30分鐘后，軌道器進行升軌，返回停泊軌道，為著陸巡視器提供通信中繼。

著陸巡視器成功在火星表面著陸后，已經(jīng)打開太陽能電池板開始充電，桅桿也正常展開?！袄@、落、巡”三步中已經(jīng)成功完成了前兩步。根據(jù)計劃，“祝融號”火星車將于降落后一周后即5月22日駛下著陸器，開始在火星上的漫游之旅。預計在5月27日左右實現(xiàn)著陸器和巡視器的兩器互拍并于5月28日傳回互拍的圖片?！白Ｈ谔枴痹诨鹦巧祥_展巡視工作后，中國將成為繼美國之后世界上第二個成功著陸火星并開展探測工作的國家。

中國古人稱火星為“螢惑”，熒熒似火，行蹤又捉摸不定，令人迷惑。千百年來，中國人始終沒有停止對火星的注視，“天問一號”將中國人長久以來探索火星的心愿變成了現(xiàn)實。除火星探測外，中國還計劃在2030年前實施火星采樣返回、小行星探測、木星系及行星穿越探測等深空探測任務。當這幅太空探索的畫卷在我們面前緩緩展開的時候，中華民族的太空夢正觸手可及。