天问：向火星进发

席金合

首次火星探测行动

2020年7月23日，我国用自主研发的新一代最大运载火箭——长征五号，成功发射了火星探测器——“天问一号”，计划一次性实现对火星开展环绕探测、着陆地表和实地巡视三大目标。这将是全世界首次火星探测三合一计划，而这也是我国首次火星探测行动。

火星与地球同为绕日公转的行星，虽然是地球的近邻，但相距十分遥远，并且各自运行速度不同，因此，向火星发射探测器，必须选择它与地球距离最近的时机，而这样的机会每隔26个月才有一次。这个时机火星与地球的相对位置，形象地被称为发射窗口。2020年是非常好的窗口期，除了我国还有其他国家也在跃跃欲试。

探测器升空进入外太空后，渐渐远离地球，重力几乎为零，不受任何引力的束缚，基本上是自由自在地做惯性运动，很少消耗燃料。经过长途飞行，探测器将于2021年2月进入火星的引力场范围内，受火星的吸引而着陆火星。因此，探测器能否被火星的引力场捕获十分关键，这需要探测器不断修正轨道，找准时机，主动与火星牵手。如果捕获失败，探测器将与火星擦肩而过，沦为太空中的“流浪者”，一切努力会前功尽弃。

当飞行器被成功捕获后，它就进入火星环形轨道，再按照地面发去的指令，调整位置和姿态，就像侦察卫星环地球运行那样，开始环绕探测作业，获取火星上的气象、地质和天文资料，并转换成电波信号发回地球，通过科学家分析研究，初步探明火星表面情况。

惊心动魄的7分钟

“天问一号”在奔向火星的漫漫旅途中，一直高速飞行，着陆前只有把速度降下来，才能平稳落到火星表面。在接近火星时，它必须在7分钟内将时速从2万千米降到落地时为零，并完成安全降落和着陆。这段时间虽短，但最惊险、最艰难，直接关系整个任务的成败。

人类的火星探测起步于1 960年，到2020年6月底，全球共实施了44次探测火星活动（其中美国21次、苏联及后来的俄罗斯19次），其中仅成功24次。所以，探测火星十分不易，主要原因是火星距地球遥远，环境复杂，一旦发生问题，数据传输时延太大，需要探测器自主应对。

火星整个着陆过程分为四步：首先是气动减速，高压气罐突然向飞行相反方向放气，产生一个强大的反推力，把速度从4.8千米/秒减速到460米/秒，相当一个空中急刹车;接着，降落伞打开，在1.5分钟内速度再减到之前的1/5;随后进入动力减速阶段，反推火箭点火，开始反向喷射烟气，再次产生一个反推力，将速度降到像人骑自行车那样;剩下的最后1 00米，采用特定的制動手段，把速度减得更慢。这时，离火星已经近在咫尺，着陆器在慢慢降落的同时，对火星表面进行观察，为选定着陆点做准备。如果发现大坑或巨石，它要调整位置避开，确保安全落地。

使命重大的火星车

“天问一号”探测器由环绕器和着陆巡视器两部分组成。

环绕器是前面提到的沿火星环形飞行的探测装置;着陆巡视器是实地勘探装置，将在火星表面软着陆，并释放火星车。火星车类似于月面探视装置——月球车，这个有两张饭桌大的家伙，具有超级智能机器人的本领，能在火星表面自主行走，并用光谱仪和相机等6种先进仪器进行精细巡视、拍照和重点勘查。到时候，我们通过火星车发回的信息，来证实火星上有河流、古生物化石，甚至外星人等传闻，一些不实传言将不攻自破，并获得新发现和可靠的天文知识。

火星上的一天比地球稍长，大约是24小时37分钟。火星车的设计寿命为火星上的90天，也就是地球上的3个月。在这段时间内，火星车的命运存在许多未知，将受到意想不到的火星天气和宇宙环境的严峻挑战，比如火星车会遇到什么地形，能否安全行驶，遇到尘暴用什么手段躲避，这些都值得人们拭目以待。

对可能出现的问题，除了科技人员事先做猜想性研究外，还要根据届时发回的信息，随机妥善处置，确保火星车顺利完成任务，安全度过具有非凡意义的90天。

据悉，火星车内部有一个小型化学实验室，会把自行采集的岩石等样本放到里面进行光谱分析，测出化学成分。当然，火星车最为理想的使命，是把采集到的空气、土壤、水分等样品带回地球，作为研究火星的珍贵实物资料。

人什么时候能上去

火星很早就是人类寻找的移民目的地。火星与地球有许多相似之处。例如，地球上的一天是23小时56分钟，非常接近火星的24小时37分钟;地球公转轨道面和赤道面夹角是23°27，火星是25°11，有几乎相同的季节变化。这些相似性都表明，火星是适宜人类改造的最好居住候选行星，何况距离还如此之近。

当然，火星不利于生存的条件也非常明显，比如气温寒冷，平均温度为-60℃～-40℃;再比如火星表面比地球表面具有较强的宇宙高能粒子辐射，引力只有地球的38%，大气压力仅为地球的1%。在移居之前，人类还需经过大规模的环境改造。

再看旅程。搭乘飞行器去火星，按现在的技术实力，9个月才能到达，而且不能立即返回，在上面等待窗口期到来需两年多，因此往返时间接近4年。这期间，人处在火星险恶的环境里，生活保障和身体防护相当困难，所以改进飞行器、缩短往返时间，是实现人登上火星的关键。

从目前看，载人登火星还比较遥远。专家预计，在2030年前后，我国将实施火星采样返回和木星探测任务。

移民火星虽然遥远，但值得期待。