火星之旅：“天問一號(hào)”任重道遠(yuǎn)

“中國航天”一直以來都是一個(gè)令中國人熱血沸騰的詞。從“東方紅一號(hào)” 到國際空間站，中國航天憑借獨(dú)立自主的技術(shù)研發(fā)完成了一個(gè)又一個(gè)令國人倍感自豪的偉績。2021年，“天問一號(hào)”成功抵達(dá)火星以及“祝融號(hào)”火星車的成 功登陸已經(jīng)成為最令人激動(dòng)的中國航天大事件之一，正如習(xí)近平總書記贊揚(yáng)的那 樣，“天問一號(hào)”探測器著陸火星，邁出了我國星際探測征程的重要一步，實(shí)現(xiàn)了從地月系到行星際的跨越。”而很多人在激動(dòng)之余可能會(huì)疑惑，為什么在中國 實(shí)現(xiàn)載人航天18年后的今天，我們才實(shí)現(xiàn)“探火”?！疤交稹北澈笥惺裁雌D難之 處？我們的“探火”之旅有怎樣的目的呢？

為什么人類要探索火星呢？數(shù)千年前，人類已開始對(duì)火星的觀測。古希臘人 將紅色的火星稱為“戰(zhàn)神”；幾百年前，開普勒基于火星運(yùn)動(dòng)軌跡的資料提出了行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律?？梢?，對(duì)于火星觀測的深入成為人類文明發(fā)展的重要見證。

在太空時(shí)代，人們的觀測手段愈發(fā)多樣，從望遠(yuǎn)鏡到飛行探測器，人類對(duì)火

星的了解也愈發(fā)詳盡。很多人熟知太陽系有八大行星，為何人類偏偏對(duì)火星充滿

興趣？原因有很多，首先火星和金星是距離地球最近的行星之一，從距離上看， 探索這兩顆行星本身就比其他行星容易很多。相比于火星，金星離地球更近，其體積也和地球更相近，因此很像是地球的攣生兄弟。但是，相比于探索金星，我 們更關(guān)注探索火星，這是為何？

實(shí)際上，金星的星球表層環(huán)境與地球大相徑庭。因?yàn)榻鹦潜砻娲髿獾?6%都 是二氧化碳，這導(dǎo)致來自太陽的紅外輻射很容易被二氧化碳層吸收，因此金星表面的溫度高達(dá)462龍。類似的艱巨條件使得人類探索金星的難度比探索火星要大 得多。

相比之下，火星雖然比地球小得多，但是其表面的環(huán)境與地球更加相似。例 如，火星的自轉(zhuǎn)周期是24.6小時(shí)，與地球的很接近，這意味著地球上的生物能更好地適應(yīng)火星的晝夜節(jié)律。除此之外，由于火星的日射量較少，表面溫度較低， 同時(shí)大氣層很薄，導(dǎo)致其地表某些區(qū)域的溫度白天可達(dá)28龍，平均-52龍。大氣 溫度可能較低，但與金星相比，已與地球溫度十分接近了。

而最令人激動(dòng)的是，火星上有類似于地球的江河湖泊和大氣，基于此，甚至 有人提出地球上的生命可能來源于火星這樣的說法?？梢?，人類探索火星實(shí)則更是為人類尋找一座未來的星際家園，這才是人類執(zhí)著于“探火”的最重要原因。

“天問一號(hào)” “探火”是中國執(zhí)行的首次星際探索任務(wù)，是中國航天的里程 碑任務(wù)?！疤靻枴币辉~出自《楚辭》中的長詩《天問》，屈原通過此詩表達(dá)了對(duì)真理執(zhí)著的追求。

“天問一號(hào)”的主要任務(wù)是驗(yàn)證深空的通信和控制技術(shù)，環(huán)繞行星軌道運(yùn) 行并在行星表面著陸。這些任務(wù)圍繞“火星是否存在過生命或具備生命存在的環(huán)境”和“火星演化和太陽系的起源與演化”兩個(gè)問題開展。而“天問一號(hào)”上共 搭載了 13臺(tái)科學(xué)儀器，包括7個(gè)環(huán)繞器和6個(gè)巡視器，來支持任務(wù)的完成。

環(huán)繞器主要負(fù)責(zé)完成火星外圍的環(huán)繞觀測，而巡視器，也就是我們熟悉的 “祝融號(hào)”火星巡視車，主要負(fù)責(zé)完成火星表面特定區(qū)域的高精度巡視探測。這也是國際上第一次通過環(huán)繞觀測和巡視觀測相結(jié)合的方式進(jìn)行的火星觀測任務(wù)。 除此之外，包括歐空局（ESA ）在內(nèi)的眾多國際機(jī)構(gòu)也向“天問一號(hào)”任務(wù)提供 了技術(shù)支持，這次任務(wù)也成為中國與國際合作探索深空的成功典范。

“祝融”是中國傳統(tǒng)神話中的火神，可見“祝融號(hào)”這一名稱承載著中國人 對(duì)火星探索的希冀與渴望?！白Ｈ谔?hào)”是中國發(fā)射的第一個(gè)地外行星的巡視器，它的旅程可謂“任重道遠(yuǎn)”。

為何“任重”？據(jù)報(bào)道，“祝融號(hào)”上攜帶了6個(gè)巡視器，幫助科研人員完 成復(fù)雜煩難的觀測任務(wù)，這其中包括導(dǎo)航與地形相機(jī)、火星車次表層探測雷達(dá)、火星表面磁場探測儀，等等。例如次表層探測雷達(dá)可通過主動(dòng)發(fā)射和接收電磁波 信號(hào)來探測火星車沿途地下的淺表層結(jié)構(gòu)，而表面磁場探測儀則可以探測著陸 區(qū)的磁場大小。依托這些精密的儀器設(shè)備，“祝融號(hào)”需要完成4個(gè)主要探測任務(wù)，即預(yù)定區(qū)域的形貌和地質(zhì)構(gòu)造探測，土壤結(jié)構(gòu)（剖面）探測和水冰探測，表 面元素、礦物和巖石類型探測以及大氣物理特征與表面環(huán)境探測。而留給“祝融 號(hào)”完成這些任務(wù)的時(shí)間僅僅只有90天，可謂“任重”。

而說到“道遠(yuǎn)”，自然與飛行器行駛的距離有關(guān)?！白Ｈ谔?hào)”于2020年7月 23日作為“天問一號(hào)”探測器的一部分，由“長征五號(hào)”遙四運(yùn)載火箭從海南文昌航天發(fā)射場發(fā)射升空，經(jīng)歷將近7個(gè)月的飛行，才于2021年2月10日成功進(jìn)入火 星軌道。而于2021年5月15日完成的在火星烏托邦平原南部著陸的過程，則花費(fèi)了3個(gè)月之久，可謂“道遠(yuǎn)”。同時(shí)，這也標(biāo)志著中國成為繼美國之后第二個(gè)成功著陸火星進(jìn)行探測的國家。

火星車與著陸平臺(tái)的合影（圖片來源國家航天局）

中國航天現(xiàn)已從航天、探月深入到火星探索，承載著人類的夢想一步步走向 更加遙遠(yuǎn)的太空。讓我們一起期待，中國航天在未來帶給我們更多的驚喜。

探索火星難在哪里

深空探測的最大特點(diǎn)就是要去一個(gè)尚不確定的環(huán)境，有時(shí)我們并不知道將會(huì)面對(duì)什么。

火星上的陌生環(huán)境是火星探測任務(wù)的最大難點(diǎn)。與月球相比，火星地貌更為復(fù)雜，距離太陽更遠(yuǎn)，夜間溫度低，大氣稀薄，氣候變化極具不確定性，這些都對(duì)探 測設(shè)備提出了更高的要求。

遙遠(yuǎn)的距離也是個(gè)大問題。火星離地球最近的距離是5500萬千米，最遠(yuǎn)將達(dá) 到4億千米。距離最遠(yuǎn)時(shí)，以光速傳播單程也需要將近23分鐘。也就是說，從地球 上發(fā)送一個(gè)指令過去，探測器要在23分鐘之后才能夠執(zhí)行，而與地面測控站的往返“對(duì)話” 一次需要40多分鐘。

由于火星車使用太陽能供電，如何獲得足夠的能源也是一大困難?；鹦枪庹諒?qiáng) 度小，加上火星大氣對(duì)陽光還有削減作用，火星車的能源供給會(huì)比月球車更為困難。這就需要想一些別的方法，比如增加太陽能面板的面積，提高轉(zhuǎn)化效果?；鹦?表面一旦起沙塵暴，接收太陽光就會(huì)更加困難，因此還要考慮設(shè)計(jì)火星車的自主休眠功能。