我国火星探测器首次成功发射“天问”问天

康荦

文昌（海南），2020年7月23日，长征五号遥四运载火箭在中国文昌航天发射场点火升空，实施我国首次火星探测任务（“天问一号”任务）。摄影/ 新华社记者 郭程

2020年7月23日12时41分，我国在海南岛东北海岸中国文昌航天发射场，用长征五号遥四运载火箭将我国首次火星探测任务“天问一号”探测器发射升空，飞行2000多秒后，成功将探测器送入预定轨道，开启火星探测之旅，迈出了我国自主开展行星探测的第一步。

探测器将在地火转移轨道飞行约7个月后，到达火星附近，通过“刹车”完成火星捕获，进入环火轨道，并择机开展着陆、巡視等任务，进行火星科学探测。

首次火星探测任务新闻发言人、国家航天局探月与航天工程中心副主任刘彤杰，在接受新华社采访时表示，此次火星探测任务的工程目标是实现火星环绕探测和巡视探测，获取火星探测科学数据，实现我国在深空探测领域的技术跨越;同时建立独立自主的深空探测工程体系，推动我国深空探测活动可持续发展。

早在2300多年前，诗人屈原就用一首长诗《天问》，发出了对宇宙洪荒、天地自然的疑问。“天问”也是中国行星探测任务名称，表达了中华民族对真理追求的坚韧与执着，体现了对自然和宇宙空间探索的文化传承，寓意探求科学真理征途漫漫，追求科技创新永无止境。对宇宙千百年来的探索与追问，是中华民族矢志不渝的航天梦想。从古代诗人屈原发出的《天问》，到如今我国首次火星探测任务被命名为“天问一号”，太空探索无止境，伟大梦想不止步。

火星我们来了

7月23日，我国首次火星探测任务“天问一号”在中国文昌航天发射场踏上征程，中国人离探索火星的梦想更进一步。作为太阳系里与地球最为相似且距离较近的行星，从古至今，火星都是人类想象中的“另一个家园”。在中外科幻作品中，有火星来客，还有在火星种上土豆的人类宇航员（电影《火星救援》中情节）。

从上世纪60年代人类首次开展火星探测活动开始，人类已经进行了40余次火星探测活动，但只成功20余次，成功率约50%。然而不论成败，对于火星的探测，几乎贯穿了人类整个航天史。

据专家介绍，通过3个阶段的积累，人类对火星的探测主要分为以下4种方式：飞越。探测器能够在火星附近快速掠过，用极短的时间抓住一切可能记录的有用数据。这是早期开展火星探测的主要形式，当时的技术水平还难以让探测器制动减速留在环绕火星轨道。

环绕。探测器依靠自身动力制动进入环绕火星的轨道，“变身”为火星的人造卫星。着陆。着陆系统降落在火星表面。这个环节难度很大，需要着陆系统完全自主导航控制。

巡视。通俗意义上讲，火星车就是巡视器，它到处移动，边走边看，能在不同地点进行多方面精细考察。

在实现这些探测任务后，一些国家下一步的目标是实现火星取样返回。由探测器从火星上采集岩石和土壤，并带回地球。

在60多年的火星探测史中，涌现出不少里程碑式的任务。目前，仍在火星上锲而不舍工作的共有6个轨道器，以及美国发射于2011年的“好奇号”火星车和2018年发射的“洞察号”着陆器。

“天问”迎难而上

众所周知，火星探测很难，要一次实现“环绕、着陆、巡视探测”（以下简称“绕、着、巡”），难上加难。

据国家航天局介绍，我国首次火星探测任务“天问一号”探测器由着陆巡视器（进入舱和火星车）和环绕器组成。此次任务要一次实现“绕、着、巡”三步走，即对整个火星进行全球观测、成功着陆火星，以及火星车进行巡视探测。目前，国际上只有美国实现了火星环绕、着陆、巡视探测，但不是一次实现，而是分几次任务实现的。

“天问一号”飞行过程包括发射、地火转移、火星捕获、火星停泊、离轨着陆和科学探测等6个阶段。探测器发射后，将被火箭送入地火转移轨道。器箭分离后，探测器的太阳翼和定向天线将相继展开，在测控系统支持下朝火星飞去，约7个月抵达火星。

在这个漫长的旅途中，探测器将进行深空机动和中途修正，即不断调整飞行方向。而探测器进入环火轨道并经过制动后，要进行2至3个月的环绕飞行，然后择机进入火星。在着陆前，会在着陆区上空对着陆区开展探测。接着，探测器择机实施降轨机动，着陆巡视器与环绕器分离。环绕器升轨返回到停泊轨道，为着陆过程提供中继通信。着陆巡视器进入火星大气，依次完成配平翼展开、降落伞开伞、大底分离、背罩分离、动力减速、悬停、避障及缓速下降、着陆缓冲等动作，着陆于火星表面。

这是8月2日在北京航天飞行控制中心拍摄的现场画面。8月2日7时整，我国首次火星探测任务“天问一号”探测器3000牛发动机开机工作20 秒钟，顺利完成第一次轨道中途修正，继续飞向火星。新华社照片，北京，2020年8月2日，摄影/ 新华社记者 才扬

着陆后，火星车与着陆平台解锁分离。火星车驶离着陆平台，开始巡视探测。着陆巡视器安全着陆后，环绕器进入中继轨道，为火星车提供中继通信，兼顾科学探测。火星车完成探测任务后，环绕器进入使命轨道，开展火星全球遥感探测，兼顾火星车扩展任务中继通信。

火星距离遥远，为了确保探测数据能有效传回地球，我国在为探月工程而建的测控站之外，又新建了3台测控站。这样可以4台联网天线组阵，测控能力更强，能够实现火星距地球最远4亿公里时的测控通信。

以上每一个环节，都不能发生丝毫差错。如果“天问一号”探测器能顺利在火星表面着陆，我们将是国际上第一个通过一次发射实施火星探测“绕、着、巡”的国家。

2020年7月23日，海南文昌，中国首次火星探测任务“天问一号”探测器在海南文昌发射升空。长征五号发射与飞行期间特写（拼版图片）。

从“火星”看地球

半个多世纪以来，尽管任务艰难，但人类对火星的探测不曾却步，而且取得了丰富的成果。发现火星曾经有水，甚至现在还存在水的若干证据，极大激发了人们在火星寻找生命的热情，也成为当前国际深空探测的热点。

此次除了实现火星制动捕获、探测器进入/ 下降/ 着陆/ 巡视、远距离测控通信等工程目标外，“天问一号”还肩负着很多科学任务。

中国科学院国家空间科学中心王赤院士等人在7月13日《自然·天文学》期刊上发表的文章《中国首次火星探测任务》详细介绍了这5大科学目标，分别是研究火星形貌与地质构造特征、表面土壤特征与水冰分布、表面物质组成、大气电离层及表面气候与环境特征、物理场与内部结构。

“天问一号”的环绕器携带了7台科学载荷，包括高分辨率相机、矿物光谱分析仪、磁强计、次表层雷达等，可用于对火星开展全球性、普查性综合探测，并为巡视器提供中继通信链路;火星车携带了6台科学载荷，包括多光谱相机、表面成分探測仪、气象测量仪等，可用于在着陆区开展区域性、精细性巡视探测。通过这些科学仪器，可实现对火星的表面形貌、土壤特性、物质成分、水冰、大气、电离层、磁场等方面的科学探测，有利于建立起对火星全面而基础的认识。从科学上讲，“天问一号”是对火星形态、地质学、矿物学、空间环境、土壤和水冰分布等进行研究的最全面的任务。

此外，通过“天问一号”探测火星，不仅能极大拓展我国对火星的认知，而且可以牵引和带动我国航天和相关高科技技术的快速发展。这次火星探测起点很高、难度极大，必须采用许多新技术才行，因此它带动了不少新技术、新材料和新器件的发展，促进了大批创造性的发明和技术应用。

在“天问一号”火星探测器中，就使用了我国独立自主研发的多项“黑科技”，例如，火星车使用的热控材料是新型保温材料——纳米气凝胶，它很轻，隔热性能很好。这些新技术、新材料和新器件等反过来又可用于国计民生，为国家经济社会发展、人类生活质量改善提供源源不断的创新活力。

由此可见，对火星的探测和研究不仅局限于火星本身，还包括火星与太阳系的演化，以及对地球的认识。我们虽然生活在地球上，但仅在地球上去认识地球是远远不够的。

“天问一号”见证中国太空征程

从“ 东方红一号”升空到“ 天问一号”成功发射，中国航天已经走过了半个世纪的时间。其间，不仅完成了第一次发射卫星、第一次载人航天、第一次深空探索等成就，而且还完成了北斗组网、天宫空间站搭建等壮举。

从进入太空到探索宇宙，中国人民凭借着自强不息的努力，不断开拓进取，开创了中国航天史的新时代。在航空航天技术方面，我们要走的路还有很长，但中国人探索宇宙的脚步永不停止。

“东方红一号”中国第一颗人造卫星

发射时间：1970年4月24日21时35分

发射地点：酒泉卫星发射基地

1970年，中国航天史“元年”。这一年，中国成功发射了第一颗人造地球卫星，成为继苏、美、法、日之后，第五个有能力把卫星送入太空的国家。

“东方红一号”卫星直径约为1米，重量173千克，设计寿命20天（实际运行28天），主要是为了进行卫星技术试验、探测电离层和大气层密度，同时还有《东方红》音乐装置。在当时，“东方红一号”无论是质量还是性能方面都要优于其他的卫星。“东方红一号”是中国第一款发射成功的人造卫星，虽然其功能相对简单，但却让全世界听到了中国的声音，是中国在航天之路上披荆斩棘迈出的第一步。

“神舟五号”中国第一艘载人飞船

发射时间：2003年10月15日09时00分

到2003年10月16日6时23分

发射地点：酒泉卫星发射中心

“神舟五号”是我国的第一艘载人飞船，主要任务是检验载人飞船的生活环境，检测飞船系统的工作性能及可靠性和安全性等，最终载人飞船在完成了一天的飞行任务之后顺利返回。“神舟五号”载人飞船的成功，使中国成为继俄罗斯（苏联）、美国之后第三个独立将人类送入太空的国家，从此，中国人民真正地进入到太空之中，成为航天大国和强国。

“嫦娥一号”中国人的探月之旅

发射时间：2007年10月24日18时05分

发射地点：西昌卫星发射中心

月球是地球唯一的天然卫星，而古今中外关于月亮的文字记载和传说更是多不胜数。1969年美国的阿波罗-11号实现首次载人登月，而“嫦娥一号”则是中国人第一次近距离地观察月球。

“嫦娥一号”主要任务是绕月球飞行，通过拍摄三维影像等工作方式对月球的情况进行分析，并为后续探索积累经验。在按计划完成了494天的工作使命后，撞向月球预定地点。

“天问一号”我国首次火星探测任务

发射时间：2020年7月23日12时41分

发射地点：中国文昌航天发射场

天问之名来自中国伟大的爱国诗人屈原的长诗《天问》，是中国首次自主研发并发射的火星探测器，将通过一次发射实现火星环绕、着陆和巡视。预计明年2月左右到达火星，并开展全球性、综合性的环绕探测，在火星表面开展区域巡视探测。

当然，发射成功只是火星探索的开始，“天问一号”也只是走出了万里长征的第一步，后面还有更多的难关在等待着，我们期待着“天问一号”成功完成使命。

海外热议“天问一号”

中国“天问一号”火星探测器7月23日搭乘长征五号遥四运载火箭升空，开启中国首次自主火星探测任务。这引起海外科学界及媒体广泛关注与热议，一大焦点是此次探索火星任务计划一次性实现“环绕、着陆、巡视”三个目标。

中国此次火星探测任务包含环绕、着陆和巡视等部分，是“首探火星能够做的最具雄心的事情”。如果“天问一号”按计划抵达火星，将把中国太空探索事业向前推进一大步。

——美国乔治·华盛顿大学太空政策专家约翰·洛格斯登

如果一切按计划进行，“天问一号”任务将是首个一次性实现环绕、着陆和巡视这三个目标的火星探测任务。美国圣路易斯华盛顿大学的行星地质学家雷蒙德·阿维森说，火星很大，地质历史也很复杂，“天问一号”收集的数据将使研究人员了解现有探测器未曾涵盖的位置。

——英国《自然》杂志

火星登陆是太空探索中最具挑战性的壮举之一，此前从未有国家在首次探索火星任务中就做到环绕、着陆和巡视“三连胜”。

——美国《科学》杂志

如果“天问一号”任务成功，中国将成为世界上首个首次探索火星即完成探测器软着陆的国家。

——西班牙国家研究委员会天体生物学中心胡安·安赫尔·巴克里索

“天问一号”是雄心勃勃的太空任务，不仅因为它将一次性实现环绕、着陆、巡视，还因为这项任务从正式立项到执行只用了短短几年时间。

——德国之声网站

这次火星任务对中国航天来说是一个突破。由于深空环境的不同，在火星探测中实现环绕、着陆和巡视，与之前成功的嫦娥探月任务相比会有很多技术上的新挑战。

——英国萨里大学工程和物理科学学院副院长高扬

“天问一号”任务将充满挑战。不过，人类对火星环境的认识、导航和控制技术的改进，以及此前任务中的经验累积，都有助于提升新任务的成功概率。中国此前的“嫦娥四号”任务非常成功，获得了很好的经验，已经展示出中国具备成功实施火星任务的所有关键能力。

中国此次火星任务的科学目标是实现对火星的表面形貌、土壤特性、物质成分、水冰、大气、电离层、磁场等的科学探测，这有利于建立起对火星全面而基础的认识。

——英国萨里卫星技术公司执行主席、萨里空间中心教授马丁·斯威廷

从科学上讲，“天问一号”任务是研究火星形态、地质、矿物学、空间环境以及水冰分布最全面的一项任务。

——美国资深太空记者、《月球热：新太空竞赛》作者莱昂纳德·戴维

一种普遍的假设是，火星这颗红色星球曾经拥有像地球一样的全球磁场，但当炽热的内核冷却下来时，火星逐渐失去了磁场这个防护罩，暴露于太阳风和辐射之下，大气层变稀，表面流动的水也随之消失。虽然此前有研究找到了相关证据，但科学家们渴望获得更全面的了解。 “天问一号”将在火星轨道和表面等处的探测中提供更多数据，对于人类研究火星非常有幫助，希望中国团队能够与国际同行共同揭开火星环境演变之谜。

——美国行星学会主席、亚利桑那州立大学地球与太空探索学院教授吉姆·贝尔