2020去火星

郑永春，博士，中国科学院国家天文台研究员，中国科普作家协会副理事长，青年科学家社会责任联盟理事长，“科普中国”形象大使。

“窗口”将在新的一年里打开。

这是天体运行的客观规律。2020年与已经过去的几十亿年并没有什么不同，太阳系中的几颗行星继续在各自的椭圆轨道上，逆时针绕太阳行进。10月，火星将运行至地球与太阳连成的一条直线上，这种天文现象叫作“火星冲日”。而每隔26个月，地球和火星这2个星球之间的距离将达到最近，错过这次照面，要再等780天。

为了把握这距离更短、燃料更省的发射机会，美国国家航空航天局和欧洲空间局的火星探测器将于7月从美国卡纳维拉尔角的航天发射基地出发。过去大半个世纪中，在18个火星冲日年里，全世界有48次以火星为目的地的航天任务，其中可被称作成功的还不到一半。

2020年，在飞出地球、去往火星的航天器列队中，将首次出现五星红旗的标识，我们将见证中国第1次真正意义上的行星探索任务。中国的第1次，也将开创世界火星探测历史上的l项新纪录：在1次任务中实现轨道器的“绕”、着陆器的“落”、火星车的“巡”3个目标。

更远的旅途

2020年夏天，中国自主研发的火星探测器将搭乘长征5号运载火箭，从海南文昌发射基地出发。它将冲出大气层，进入环绕地球的轨道。接着，再经过多次加速，飞速直奔火星。

这段旅途实在有些漫长，要历时7个月。近15年来，即便距离地球最近时，火星与我们的距离也有5500万千米。此后，2颗星球之间的距离将越来越远，最远时达4亿千米。以光速传播的无线电信号，到月球只要1秒钟，到火星却需要20分钟。

当探测器抵达火星后，必须狠狠踩下刹车，才能进入环绕火星的轨道。之后，探测器将分解为轨道器、着陆器和火星车，联手执行探索任务。轨道器将环绕火星进行遥感探测，拍摄照片，收集数据;着陆器在隔热罩的防护下，进入火星大气层，之后用降落伞等多种技术手段进行减速，最终降落在火星表面.成功着陆后，火星车则会驶出，巡视这片陌生的土地。

因为相距遥远，火星表面的航天器无法直接和地球联系，需要通过轨道器进行中继通信。而地球发给火星车的信息，也需要经过轨道器转发。相互交流中的每个问题和应答间，有一段完全的空白，这就要求火星车走得更慢一些，同时具备更强的自主导航、环境感知、路线规划和避障等能力。

这些航天器和调整飞行轨道的燃料都需要从地球上带过去，装载的东西太重，路程太远，小货车就不够用了，需要大卡车。长征5号就是一架直上云雷的大卡车，常被昵称为“胖五”，全长约57米，直径5米的“腰围”比长征系列的其他火箭都要雄壮;120吨的液氧煤油发动机，起飞推力超过1000吨，提供了中国火箭能达到的最大运载能力。

2016年，长征五号遥一火箭首飞，出现故障，推迟了2个小时才出发;2017年，长征五号遥二火箭发射失利，星箭坠入太平洋。为了让火星探测器赶在2020年的窗口前，胖五经历数次技术归零，回到原点，寻找问题，解决问题，之后再出发。2019年12月底，长征五号遥三火箭蓝色的尾焰就像一只火凤凰，划破了海南文昌墨蓝色的夜空，精准入轨，星箭分离。它准备好了！

更难的征程

上世纪60年代，美苏争霸开启了深空探索的竞赛。第1颗人造地球卫星斯普特尼克1号升空仅3年后，火星征程就开始了。此后10年里，苏联和美国12次尝试飞越火星，仅4次成功，拍摄了图像傳回地球;大多数时候，探测器抵达地球停泊轨道就被困住了。

上世纪七八十年代则在火箭相继升空的点火声中度过。在电视机和收音机旁，民众听着倒计时，挥舞着小旗帜，一边叹气，另一边便欢呼。东西方世界争相凿出星空之路。从火星2号到火星7号，从水手7号到海盗2号，形态各异的探测器飞向火星，有的失踪在奔赴途中，有的烧毁在下降路上，有的撞碎在火星表面，有的则突然间信号全失。

贯穿于这个时代的还有“银河系食尸鬼”的传说——一个巨大贪婪的生物，横亘在从地球飞往火星的道路上，把探测器都吃掉了。1993年，美国发射的火星观测者号与地面失联，8.13亿美元灰飞烟灭。此后，美国国家航空航天局痛定思痛，提出了新的火星探索指导方针：更快，更好，更便宜。

2000年之后，火星车隆重登场。勇气号、机遇号这对双胞胎火星车先后登陆在子午线平原和古谢夫环形山。更大、更重、功能更强大的好奇号火星车则于2012年8月登陆在盖尔环形山。它们穿越山谷，那里的岩壁投下的阴影长达数百米;它们路过平原，一连数个火星日都是一望无际的地平线。它们在乱石遍地的戈壁滩上艰难跋涉、逶迤蛇行;它们经历尘暴，细细的沙尘被抛向离地几百米高的空中，视野所及皆是红色;它们也享受过晴朗的天气和蓝色的夕阳，地球远悬头顶，像一枚蓝色弹珠。

中国火星探测工程于2016年立项，探月工程则开启于2004年。玉兔和后来的玉兔二号显然为火星车的研制奠定了基础，但月球探测和火星探测的环境截然不同。月球土壤颗粒尖锐，月尘带有静电，火星则不存在这一问题。但火星上稀薄的大气，让登陆火星比登陆月球要难得多。火星大气可能带来尘暴，覆盖太阳能电池板。气压和风向无法准确预测，给成功登陆增加了不可预知的因素。由于火星比地球更加远离太阳，中国的火星车将有一对更大、更漂亮的“翅膀”，努力对着太阳的方向奔跑。

虽然月球任务与火星任务有各自的特点，但探月工程和火星探测计划的继承性也很明显。继承下来的，是人。探月工程的不少成员同时也参与了火星探测任务。年轻人曾驻扎在戈壁滩上，利用类似火星表面的环境展开实验。

“两弹一星”元勋钱学森说：“系统工程与总体设计部思想才是我一生追求的。它的意义，可能要远远超出我对中国航天的贡献。”一次航天任务的背后，是成百上千的科学家和工程师组成的航天人，以及由他们运行的航天工程体系。它庞大而精细，既有总体又有分支，各个分支互相联系，又互相影响。需要共同合力实现技术指标，需要在确定的时间节点交付产品。不同分支还需要进行联合调试，确保系统运行顺畅。一步出错则数步延误，一点成功又带动多点突破。在一次又一次面向深空的远航中，人类学会了如何成功。

更值得期待的前景

在2020年的开端，面向未来，火星不仅是夜空中那颗或明或暗、荧荧如火、让人捉摸不定的红色行星，更是一个孕育了无限希望的战略制高点。当然，火星探测花费不少，是一个需要精打细算去接近的目标，再加上技术艰难，国际合作是必然之选。

人类曾一度寄望在火星上发现生命。19世纪天文学家从望远镜里看到连串的撞击坑，曾经被误认为是火星人开挖的运河系统。1976年海盗1号拍摄的l张照片上，丘陵的光影酷似1张脸。随着我们对火星的了解越来越深入，科学家们的好奇心不减反增，他们列出了长长的待探测目标，但能够实施的任务次数却极为有限。着陆地点的选择要兼顾科学性与安全性，既要较为平坦，不出意外;也要有足够丰富的研究对象。即便以此标准，火星表面依然有太多的目标可供选择。它的两极覆有冰盖，赤道处密布着细密的河网遗迹，记录着曾经存在的水流运动。它的山峰比珠穆朗玛峰还要高2倍，峡谷比科罗拉多大峡谷还要深，洪水的切割范围比地球上任何地方都大得多。

2019年11月，在位于河北省怀来县的地外天体着陆综合试验场，我国首次火星探测任务着陆器悬停避障试验圆满完成。在约为地球三分之一的模拟火星重力环境里，着陆器实现了悬停、避障、缓速下降。

2020年，更让人兴奋。在中国，这一年被称为“火星年”。