探火坎坷，“天问一号”还需趟多少难关?

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“起点高、难度大”，这六个字是对中国火星探测任务的中肯评价。2021年3月4日，距离“天问一号”探测器发射升空已经过去224天。当日，国家航天局发布3幅由“天问一号”拍摄的高清火星影像图，展示了“天问一号”任务的阶段性成果。

然而，“天问一号”的征程远未结束。重头戏着陆任务预计在5-6月。成功着陆后，“天问一号”将“兵分两路”：火星表面的着陆巡视器将执行为期3个月的巡视任务;而维持在火星轨道上的环绕器，还要进行一个火星年（折合约两个地球年）的深度探测工作。

继承“萤火一号”“遗志”

国家航天局对“天问一号”提出一次性实现“绕、着、巡”三大任务的目标。“绕”即“环绕”，指探测器进入火星轨道，可环绕火星收集各类数据;“着”即“着陆”，探测器直接降落在火星表面;“巡”即“巡视”，探测器不但降落在火星表面，还可以派出火星车在表面移动。

“天问一号”是中国第—次自主火星探测任务。此前中国也制造过火星探测器。2011年11月，“萤火一号”搭载在俄罗斯的“福布斯一土壤”探测器中，在哈萨克斯坦的拜科努尔航天中心发射升空。可膳，俄方探测器未能按计划变轨，“萤火一号”随之被困太空两个月后坠毁。

本次“天问一号”任务完全由中国自主执行。实现一次性“绕、着、巡”的目标，在火星探测史上前所未有。中国敢于在本国的首次行星探测任务中，提出全球航天意义上的突破性目标，配得上“起点高”的评语。

“难度大”则是火星探测任务本身的特性。自1960年苏联执行“火星1A号”任务以来，各国近50次与火星相关的太空任务，成功率仅约50%。其中比较突出的成就，主要由美国和苏联实现。

1965年，美国“水手4号”首次实现飞掠火星。1971年，美国“水手9号”率先实现环绕火星轨道。苏联“火星3号”则第一次在火星表面成功软着陆。1997年，美国“旅居者号”成为首台在火星地表工作的火星车。

/继承苏联太空科技成果的俄罗斯，都暂时没有成功完成完整的火星任务。/

而到目前为止，成功按计划完成火星任务的国家和地区只有4个——美国、苏联、欧洲、印度。甚至连继承苏联太空科技成果的俄罗斯，都暂时没有成功完成完整的火星任务。不过，俄罗斯与欧洲航天局合作的火星微量气体任务卫星已顺利运行4年，按计划完成的机会很大。

印度是火星探索的新势力。2013年，印度空间研究组织发射火星轨道探测器。探测器2014年进入火星轨道后，原计划环火研究6个月，但实际上继续执行任务至今。运作时长超过7年，印度探测器可以说是成功完成任务。

阿联酋也想成为新玩家。它于2020年发射的探测器“希望号”，在2021年2月入轨，实现中东航天探索的一大突破。“希望号”的主要任务同样是环绕。

所有实质上执行过火星相关的发射计划的国家和地区中，只有日本暂时未取得明显成果。1998年，日本发射一枚同样名为“希望号”的火星探测器，但探测器未能进入火星轨道。

着陆时机“短暂而唯一”

中国国家航天局探月与航天工程中心副主任、中国首次火星探测任务新闻发言人刘彤杰曾分析，火星探测初期的难度在于人类航天技术处于起步阶段，但目前的难度则与火星的实际条件相关。

比较典型的难题是窗口期。为了节省燃料和时间，发射火星探测器应选择地球与火星相对位置十分接近的时候。这个时机每26个月才出现一次，最近一次是2020年7-8月。

中国、美国、阿聯酋正是抓住这次窗口期，分别派出“天问一号”“毅力号”“希望号”前往火星。错过窗口期，就只能再等两年。

实现环绕火星是另一个难点。刘彤杰介绍，探测器进入火星引力范围后需要制动减速，以便被火星引力捕获。速度太快，探测器就会错过入轨时机;速度太慢，引力会把探测器直接扯到火星表面。所以什么时候减速、减速到什么程度、减速节奏怎么样，这都需要精准计算。

2020年窗口期发射的探测器中，中国和阿联酋探测器均于2021年2月10日成功进入火星轨道，相关探测、数据收集工作相继展开。这对于均是首次探测火星的两国来说，都是成功的一大步。

美国则以巡视探测为目标。承担重任的“毅力号”直奔火星表面，于2月18日成功着陆。美国迄今已成功实现5枚不同的巡视器/火星车着陆。目前其“机遇号”“勇气号”也和“毅力号”一样，正在火星表面执行各自的探索任务。

相比“毅力号”“简单直接”的目标，由于肩负三大使命，“天问一号”旅行的方式有明显不同。“天问一号”在环绕期间，将多次掠过目标着陆点——北半球的乌托邦平原，开展预着陆区成像探测，其间会多次调整轨道。完成一系列准备工作后，“天问一号”预计最快在5月择日着陆。

着陆才是“天问一号”的最难一关，中国航天科技集团五院研究员、“天问一号”探测器总设计师孙泽洲称，这个机会“短暂而唯一”。由于火星与地球通讯存在延时，在大约7分钟的着陆过程中，没有任何人为调整干预的机会，全靠探测器根据实际情况智能应变。着陆过程要应对火星大气的影响：火星大气比地球稀薄，探测器着陆时会遭遇一定阻力和摩擦生热，但其性质与在地球大气时完全不同。对火星大气了解程度不足，将为着陆过程带来变数。

成功着陆后，新的难题在于火星车派遣。刘彤杰指出，如果着陆点不够平坦，或者着陆器的着陆姿势不够正，都会影响到火星车出动的方式。不过相比着陆，巡视因为可以接受人工控制的指挥，难度没那么苛刻。

如何破解火星生命之谜

“天问一号”火星车目前尚未定名。国家航天局选出了弘毅、麒麟、哪吒、赤兔、祝融、求索、风火轮、追梦、天行、星火10个候选名称，供大众投票选择喜爱的名字。2月28日投票结束时，最受欢迎的名字是“祝融”，获得50萬票。

/对火星大气了解程度不足，将为着陆过程带来变数。/

祝融正是中国神话中火神的名字。脚踩风火轮的另一位神话人物哪吒排名第二，票数44万。第三名是42万票的弘毅，典出《论语》“土不可以不弘毅，任重而道远”。任重道远，恰恰也是“天问一号”任务的写照。

一旦火星车顺利派遣，“天问一号”就进入“天地并存”的阶段。在“天上”的火星轨道，环绕探测器开展对火星全球性、整体性和综合性的详查探测。在“地下”的火星表面，火星车专注于重点地区的高精度、高分辨率的精细探测和就位分析。

从大众好奇心的角度来说，“天问一号”各项任务中，最吸引人的大概是“火星是否存在生命”。解答这个问题，当然不是像科幻作品那样用生命探测仪之类扫描，或者摄影机一通拍找出文明遗迹，而是真切地分析火星具体状况，例如土壤、地下层特征研究，水冰分布、古代湖泊河流研究，表面矿物研究，气候环境、电离层、磁场研究等。通过分析这些与生命密切相关因素的数据，我们才有机会判断火星现在或曾经有无生命的可能性。

实现“绕、着、巡”，“天问一号”任务就算基本成功了。但中国火星探测的工作节奏，并不完全局限在“天问一号”上。2020年年底，国家航天局宣布还在规划三项行星探测任务，包括—次小行星的探测和取样、—次火星的采样返回、—次木星系环绕探测和行星穿越探测。

其中火星采样返回，相当于是一次“着、巡、回”三位一体的任务。火星的物质样本如何被带回地球，又将是新的难题。当然，达成“起点高、难度大”的探火成就后，未来中国航天人必将更有信心迎接更大挑战。