據(jù)國(guó)家航天局消息，5月15日7時(shí)18分，經(jīng)由航天科技集團(tuán)研制研發(fā)的火星探測(cè)器天問(wèn)一號(hào)，經(jīng)歷了十個(gè)月的太空旅行后，攜帶其著陸巡視器成功著陸火星烏托邦平原。至此，中國(guó)成為了全球繼美國(guó)后，第二個(gè)成功登陸火星的國(guó)家。

“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器總重約為5噸，由環(huán)繞器和著陸巡視器組成，著陸巡視器主要包括進(jìn)入艙和“祝融號(hào)”火星車(chē)。該探測(cè)器于2020年7月從我國(guó)南部的文昌航天發(fā)射場(chǎng)發(fā)射升空。

祝融號(hào)火星車(chē)重240公斤，攜帶有地形相機(jī)、多光譜相機(jī)、次表層探測(cè)雷達(dá)、磁強(qiáng)計(jì)以及成分探測(cè)儀等共6臺(tái)科學(xué)有效載荷。

近些年，各國(guó)密集開(kāi)展了各種火星探測(cè)計(jì)劃，除了天問(wèn)一號(hào)，美國(guó)和沙特去年同一時(shí)間也相繼發(fā)射了火星探測(cè)器。美國(guó)的探測(cè)器已于三個(gè)月前登陸火星，相比之下，我國(guó)的天問(wèn)一號(hào)早發(fā)射卻晚登陸，完登陸的三個(gè)月其實(shí)包含著“大學(xué)問(wèn)”。

一、經(jīng)歷“恐怖七分鐘”，實(shí)現(xiàn)了“巨大飛躍”

▲天問(wèn)一號(hào)著陸火星完整演示

從進(jìn)入火星大氣到著陸火星表面是整個(gè)火星著陸過(guò)程中最為驚險(xiǎn)的時(shí)刻。天問(wèn)一號(hào)任務(wù)火星著陸分為氣動(dòng)減速、傘系減速、動(dòng)力減速、懸停避障與緩速下降四個(gè)階段，歷時(shí)“恐怖七分鐘”。

火星目前距離地球超過(guò)3億公里，天問(wèn)一號(hào)發(fā)出的訊號(hào)需要約18分鐘才能傳送到地球，因此科學(xué)家無(wú)法作出實(shí)時(shí)監(jiān)察或操控，天問(wèn)一號(hào)必須完全依靠自身計(jì)算機(jī)獨(dú)立完成著陸全過(guò)程。

天問(wèn)一號(hào)由軌道器、著陸器和巡視器組成，著巡組合體放置于氣動(dòng)外罩之中。15日凌晨4時(shí)，軌道器首先與著巡組合體分離，它將繼續(xù)繞著火星飛行，為著陸器和地球提供中繼通信。

經(jīng)過(guò)3小時(shí)后，在大約125公里的高度，著巡組合體以11.2°的進(jìn)入角和4.8公里/秒的速度進(jìn)入火星大氣。

火星大氣的密度不到地球大氣密度的百分之一，這意味著大氣對(duì)探測(cè)器的減速效果會(huì)很不好。雖然大氣稀薄，但快速的降落摩擦還是會(huì)產(chǎn)生極強(qiáng)的氣動(dòng)加熱效應(yīng)，這將直接導(dǎo)致探測(cè)器表面的溫度升高至2000度。

經(jīng)過(guò)5分鐘的大氣減速后，降落傘打開(kāi)，探測(cè)器會(huì)進(jìn)一步充分減速，大約40秒后，隔熱盾拋離，速度降為250米/秒。

到了距離火星表面1.5公里時(shí)，降落傘和氣動(dòng)外罩的上部分一同被拋離，并啟動(dòng)反推火箭進(jìn)行減速。到了高度為100米時(shí)，著巡組合體懸停在空中，它所攜帶的雷達(dá)和光學(xué)相機(jī)將會(huì)尋找合適的降落點(diǎn)。

最終，天問(wèn)一號(hào)于7時(shí)18分穩(wěn)穩(wěn)地降落于烏托邦平原25.1°N 109.9°E位置處。所攜帶的“祝融號(hào)”成為人類(lèi)史上第六臺(tái)探索火星表面的火星車(chē)。

意大利博洛尼亞射電天文學(xué)研究所的行星科學(xué)家?jiàn)W羅西表示，”祝融”火星車(chē)著陸成功，就意味著中國(guó)只用一次任務(wù)就實(shí)現(xiàn)了美國(guó)耗費(fèi)數(shù)十年歷經(jīng)多次任務(wù)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，”這是巨大的飛躍”。

二、火星探測(cè)上演“三國(guó)演義”，跑得慢并不是實(shí)力弱

前蘇聯(lián)、俄羅斯、英國(guó)等多國(guó)過(guò)去都嘗試進(jìn)行火星著陸任務(wù)，但除了中國(guó)外至今只有美國(guó)成功。前蘇聯(lián)在1960至1970年代多次嘗試派出探測(cè)器在火星著陸，最終全數(shù)失敗。而美國(guó)的維京一號(hào)在1976年降落火星，是首個(gè)成功降落的探測(cè)器。

天問(wèn)一號(hào)是中國(guó)第二個(gè)主要的火星探測(cè)任務(wù)，上一個(gè)任務(wù)是2011月與俄羅斯合作的螢火一號(hào)，原本計(jì)劃會(huì)環(huán)繞火星運(yùn)行并收集數(shù)據(jù)，但搭載著螢火一號(hào)的俄羅斯火箭出現(xiàn)異常，令螢火一號(hào)無(wú)法離開(kāi)地球軌道，最終掉回地球大氣層燒毀。

地球跟火星的平均距離是2.25億公里，最近距離低至5500萬(wàn)公里，最遠(yuǎn)距離則高達(dá)4億公里。再加上各種因素，火星探測(cè)器的發(fā)射有著最佳的“窗口期”。而距今最近的發(fā)射窗口便是天問(wèn)一號(hào)的發(fā)射日期，2020年七月。彼時(shí)，有三個(gè)國(guó)家前后發(fā)射了三艘火星探測(cè)器，分別是阿聯(lián)酋的第一個(gè)火星探測(cè)器“希望號(hào)”，于2020年7月20日發(fā)射；我國(guó)的“天問(wèn)一號(hào)”，于7月23日發(fā)射；美國(guó)NASA的“毅力號(hào)”，于7月30日發(fā)射。

2021年2月10日19時(shí)52分，經(jīng)過(guò)6個(gè)半月的飛行之后，天問(wèn)一號(hào)順利完成“剎車(chē)”減速，進(jìn)入環(huán)火星軌道，成為我國(guó)首顆人造火星衛(wèi)星。幾天后，毅力號(hào)也在2021年2月18日抵達(dá)火星。不同的是，毅力號(hào)火星車(chē)在抵達(dá)火星當(dāng)天就直接著陸了，而天問(wèn)一號(hào)則先繞行了火星三個(gè)月，今天才正式著陸。

為什么會(huì)這樣呢？主要原因有三個(gè):

首先，天問(wèn)一號(hào)是我國(guó)發(fā)射的首個(gè)火星探測(cè)器，全球首次選擇一次性完成“環(huán)繞、著陸、巡視”三步走探測(cè)方案。天問(wèn)一號(hào)由環(huán)繞器、著陸平臺(tái)和火星車(chē)三件套組成，環(huán)繞器進(jìn)入環(huán)火星軌道之后可以一直帶著著陸巡視組合體，有充足的時(shí)間來(lái)選擇合適的著陸時(shí)機(jī)。

▲天問(wèn)一號(hào)“繞”“著”“巡”三位一體

相比之下，NASA的毅力號(hào)沒(méi)有環(huán)繞器，用的是一個(gè)巡航級(jí)帶著氣動(dòng)外罩（里面塞著火星車(chē)）飛往火星，也沒(méi)有進(jìn)入環(huán)火星軌道的設(shè)計(jì)。等飛到了火星附近，巡航級(jí)一扔，無(wú)枝可依的氣動(dòng)外罩只能立刻扎進(jìn)火星大氣層開(kāi)始著陸，沒(méi)法等待。

▲天問(wèn)一號(hào)（左）和毅力號(hào)（右）探測(cè)器

其次，還是因?yàn)樘靻?wèn)一號(hào)是我國(guó)第一個(gè)探測(cè)器，相比于美國(guó)巨量的發(fā)射經(jīng)驗(yàn)，很多東西我們得現(xiàn)場(chǎng)摸索，穩(wěn)扎穩(wěn)打?；鹦堑孛矎?fù)雜，天問(wèn)一號(hào)到達(dá)火星之后，先要對(duì)火星地貌進(jìn)行高分辨率成像，以找出合適的著陸點(diǎn)。NASA已經(jīng)花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間為備選著陸區(qū)積累高分辨率影像數(shù)據(jù)，也就是說(shuō)，毅力號(hào)在出發(fā)之前就已經(jīng)手握一份著陸區(qū)高清地圖了。

最后，看過(guò)電影《火星救援》的小伙伴們都知道，火星上有著全球性的沙塵暴。1971年蘇聯(lián)火星2號(hào)和火星3號(hào)抵達(dá)火星時(shí)，就正好趕上火星全球性的沙塵暴。結(jié)果不僅環(huán)繞器沒(méi)拍到啥東西，著陸車(chē)也直接失敗。

▲火星沙塵暴

祝融號(hào)這種使用太陽(yáng)能供電的火星車(chē)，更是得比用核電池的毅力號(hào)更加謹(jǐn)慎一些才行。即使沙塵暴沒(méi)有破壞火星車(chē)的裝置，單憑遮擋太陽(yáng)光這一點(diǎn)火星車(chē)就已經(jīng)受不了了。

2018年6月，火星經(jīng)歷了一場(chǎng)全球性的大型沙塵暴，使用核電池的好奇號(hào)火星車(chē)平安挺過(guò)，使用太陽(yáng)能的機(jī)遇號(hào)火星車(chē)直接報(bào)銷(xiāo)。

此前的觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，每年的火星春天至夏天期間，北半球都沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)沙塵暴。目前的火星較為平靜，天問(wèn)一號(hào)在5月中旬降落火星是最為穩(wěn)妥的。

另外值得一提的是，太陽(yáng)能供電的火星車(chē)并不比核動(dòng)力火星車(chē)“低級(jí)”。機(jī)遇號(hào)在火星上馳騁探測(cè)了14年，至今保持著最長(zhǎng)壽的火星車(chē)紀(jì)錄，要不是因?yàn)樯硥m暴還能再戰(zhàn)。相比之下，工作了8年多的好奇號(hào)已經(jīng)老態(tài)龍鐘，估計(jì)破記錄無(wú)望了。

三、移民火星？No！天問(wèn)只為科學(xué)

馬斯克曾公開(kāi)表示有向火星移民100萬(wàn)人的計(jì)劃，世界各國(guó)火星探測(cè)計(jì)劃也密集發(fā)布，仿佛已經(jīng)開(kāi)始了火星上的跑馬圈地。

但是，天問(wèn)一號(hào)的職責(zé)可不是為了火星移民。國(guó)家航天局等有關(guān)單位對(duì)天問(wèn)一號(hào)的發(fā)射目標(biāo)有明確的說(shuō)明，即探測(cè)火星地形地貌、火星磁場(chǎng)、地下水、土壤成分和分布、火星大氣層以及氣候變化。

從更大的深空探測(cè)范圍看，NASA曾組織權(quán)威專(zhuān)家討論撰寫(xiě)了兩個(gè)重要文件：《太陽(yáng)系探索路線(xiàn)圖》和《天體生物學(xué)戰(zhàn)略2015》。這兩項(xiàng)文件中全面論述了探索太陽(yáng)系以及探索地外生命的目的和方法。

在《太陽(yáng)系探索路線(xiàn)圖》中明確闡述了五個(gè)科學(xué)目標(biāo)：太陽(yáng)系的行星和小天體是如何起源的？太陽(yáng)系是如何演化到目前這般不同的狀態(tài)的？同在太陽(yáng)系誕生，為什么地球、火星、金星和水星現(xiàn)在的狀態(tài)如此不同？導(dǎo)致生命起源的太陽(yáng)系特征是什么？生命是如何在地球上起源和演化的？在太陽(yáng)系的其他地方也有生命嗎？太陽(yáng)系環(huán)境中有哪些會(huì)影響人類(lèi)在太空生存的災(zāi)害和源頭？

在國(guó)內(nèi)外深空探測(cè)主管部門(mén)的官方文件中，從未提及向地外天體移民的意向。

既然不是為了移民，為什么都要探索火星？

人類(lèi)使用空間探測(cè)器進(jìn)行火星探測(cè)的歷史幾乎貫穿整個(gè)人類(lèi)航天史。幾乎就在人類(lèi)剛剛有能力掙脫地球引力飛向太空的時(shí)候，第一個(gè)火星探測(cè)器也開(kāi)始了它的旅程。最早期的探測(cè)器幾乎都失敗了，而火星探測(cè)也就是在一次又一次的失敗中不斷前進(jìn)。

從1964年“水手4號(hào)”火星探測(cè)器發(fā)射、1965年傳回第一張火星表面照片開(kāi)始，50多年時(shí)間里，人類(lèi)已先后開(kāi)展了50余次火星探測(cè)。

雖然如此，就目前的探測(cè)水平來(lái)看，各國(guó)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到對(duì)火星探測(cè)清晰明了的程度，更談不上是對(duì)火星上資源的爭(zhēng)奪。

之所以現(xiàn)在各國(guó)都爭(zhēng)相進(jìn)行火星探索，是因?yàn)橄啾扔谄渌?yáng)系內(nèi)的星球，火星更具有科學(xué)探索價(jià)值和條件?；鹦请x地球比較近，我們的探測(cè)器能夠到達(dá)。此外其他星球，如金星的條件太過(guò)惡劣，通過(guò)探測(cè)金星來(lái)搞清一些重大科學(xué)問(wèn)題，技術(shù)難度也比較大。綜合考量下來(lái)，火星探索的可行性更大，但絕不是要去移民火星。

從科學(xué)價(jià)值來(lái)看，火星能反映出很多問(wèn)題，對(duì)人類(lèi)了解地球會(huì)有幫助。比如為什么同在太陽(yáng)系，各個(gè)行星演化的結(jié)果卻有所不同？如果能找到何種原因?qū)е赂鞔笮行茄莼Y(jié)果的不同，那么我們就能更好地了解地球演化的過(guò)去。我們通過(guò)對(duì)其他天體的探測(cè)考察，能夠找到更多與地球有關(guān)的答案。

火星表面有縱橫的溝渠，或許火星過(guò)去表面也遍布河流、海洋。有水，就可能有生命；有生命，就有可能有智慧生命，有“火星人”。但是，為什么現(xiàn)在的火星一片“死寂”？是星球本身的變化還是“火星人”的作死破壞？如果真的是這樣，地球會(huì)不會(huì)重蹈覆轍？這世界有太多秘密值得我們?nèi)ヌ剿鳌?/p>

▲火星河流遺跡

仰望星空是為了更好的腳踏實(shí)地，“天問(wèn)一號(hào)”的成功，不僅是我國(guó)科學(xué)技術(shù)界的一大勝利，也將成為世界科學(xué)史的一個(gè)里程碑。

參考：

[1] https://3g.163.com/dy/article/GA1B2R520511D5H2.html?spss=adap_pc

[2]?https://m.cnbeta.com/view/1127797.htm

[3]?https://m.chinanews.com/wap/detail/zw/gn/2021/04-12/9452557.shtml

[4]?https://www.bbc.com/zhongwen/simp/science-57126001

[5]?https://www.bbc.com/ukchina/trad/53520022