乘风破浪 天问火星

◇ 崔轶斌

2020年7月23日12时41分，我国自行研制的长征五号遥四运载火箭搭载中国首次火星探测任务“天问一号”探测器，在文昌航天发射场点火升空.火箭飞行约2 167秒后，成功将探测器送入预定轨道.“天问一号”在飞行4天之后，于2020年7月27日，利用搭载的光学导航敏感器，获取了地球与月球的合影.在历经约7个月的飞行之后，“天问一号”将抵达火星，进行为期2～3个月的环绕飞行，最终在火星表面着陆.“天问一号”将针对火星展开表面形貌、土壤特性、物质成分、水冰、大气、电离层、磁场等科学探测.“天问一号”的成功发射，标志着我国在宇宙深空探测领域实现了巨大的跨越.

图1 “天问一号”探测器成功发射

图2 “天问一号”1∶1火星车

图3 “天问一号”传回首张地月合影

人类从未停止过对外太空的探索.除了发射航天器去地球的卫星——月球探索以外，人类曾多次展开了对咱们的好邻居——火星的探索.截止到2020年7月20日，在阿联酋发射“希望号”火星探测器之前，人类展开的针对火星发射航天器的任务共计46次，而成功的仅有28次.其中有11次在飞离地球引力束缚的路上就失败了，有5次在前往火星的路上“失联”，永远“沉默”在浩瀚的宇宙中.在去火星的旅途中会遇到什么样的艰难险阻，导致人类探索火星的脚步受到重重阻碍呢?

根据高中的物理知识，我们不难理解，想要实现探测器环绕火星飞行并最终着陆，首先必须被火星“捕获”.但由于火星的质量较小，因此其引力捕获的范围也比较小.如果要实现在火星上着陆，必须对绕行轨道进行极其精确的计算和把控.我国在北斗导航系列卫星超高精度的发射中积累了丰富经验，因此这一难题迎刃而解.其次，火星与地球的距离在5 000万千米到4亿千米不等，即使是最近的5 460万千米，也是月地平均距离的140多倍.长路漫漫，如果在变轨和速度调整时“差之毫厘”，在探测器抵达火星时，这种差距会被成千上万倍地放大，最终“谬以千里”.同时，如此遥远的距离，会导致探测器与地球之间的通信信号变得非常微弱.因此，早在发射“嫦娥”系列探月航天器之前，我国就开始着手建立“深空探测网络”通信系统.到2015年，我国的航空航天团队已经可以测量到47亿千米以外，前往冥王星探测的“新地平线号”探测器发出的信号.在探测器被火星顺利“捕获”之后，由于火星与地球之间遥远的距离，通信存在十多分钟的延迟，因此就需要提前在探测器中注入指令，按照预定的计划操控探测器.不过这对于发射过多次航天器的我国航天团队来说也不是难事.在“天问一号”抵达火星，准备着陆时，会经历可怕的“黑色7分钟”.在这短短的7分钟之内，“天问一号”要穿越稀薄的火星大气，将速度从2万千米·秒－1降至0，而且全程自主完成，人力无法干预.在着陆后，火星独特的大气环境和极端的天气可能会对航天器造成一定的影响.不过随着人类技术的提升，这些问题也都得到了很大程度上的解决.

每26个月，太阳、地球、火星会排成一列，呈一条直线.每15～17年，火星处于近日点，从地球上观测火星，亮度最高.2020年10月14日是观测火星的最佳时机.当你在深秋的夜晚，抬头仰望东方时，我国派出的“天问”使者已经在赴约的路上，让我们一起期待一场美丽的相遇吧!