出發(fā)吧！向著火星

在各種深空探測中，科學(xué)家和天文學(xué)家們對“地球近鄰”火星探測情有獨(dú)鐘。從20世紀(jì)60年代人類首次開展火星探測開始到現(xiàn)在，火星是人類探測時間最長、次數(shù)最多、參與國家最多的一顆行星。

對于科學(xué)家和天文學(xué)家來說，火星更被認(rèn)為是除地球之外，有可能曾孕育、存在過生命的另一顆行星。1877年，意大利天文學(xué)家斯基帕雷利甚至宣稱發(fā)現(xiàn)了火星上的“人工運(yùn)河”，把存在“火星人”的說法推向了高潮。直到20世紀(jì)，仍有人相信火星上存在生命。

深空探測在20世紀(jì)50-60年代也是蘇美太空競賽的重要項目。自1960年，蘇聯(lián)與美國相繼發(fā)射火星探測器，同時也向月球、金星發(fā)射人造衛(wèi)星，無人駕駛空間探測器，以及向近地軌道和月球發(fā)射載人飛船。隨著太空競賽的結(jié)束，但人們對火星的熱情有增無減 。直到27年前的今天，1996年11月7日，美國用德爾它Ⅱ號運(yùn)載火箭發(fā)射了“火星全球勘察者號”（Mars Global Surveyor）探測器，再一次拉開了火星探測熱潮序幕 。

圖片來源：NASA

火星全球勘測者探測器質(zhì)量為1031千克，載有7臺儀器。它是美國火星生命計劃的一部分，主要任務(wù)是拍攝火星表面的高分辨率圖像，研究火星的地貌和重力場探測火星的天氣和氣候，分析火星表面和大氣的組成。

圖片來源：NASA

它攜帶的廣角相機(jī)系統(tǒng)（稱為火星軌道相機(jī)）最令人興奮的觀測發(fā)現(xiàn)是：這顆紅色星球有非常規(guī)律的天氣模式，天氣狀態(tài)在一定時間可重復(fù)發(fā)生。同時，“火星全球勘探者”傳回的數(shù)據(jù)顯示火星兩極存在大量的干冰和少量水冰，甚至可能有液態(tài)的水。這預(yù)示著生命存在的可能性。

它也成為20年來第一個成功的紅色行星任務(wù)。2007年1月份，NASA正式宣布MGS項目終止，成功運(yùn)行了大約10年之后，MGS也成為了最長壽的火星探測器。

跨越億萬千米的星球“探險”，到底難在哪里？

火星距離地球的最近距離大約為5500萬千米，最遠(yuǎn)距離超過4億千米。由于火星距離地球遙遠(yuǎn)，因此探測火星需要選擇其與地球距離較近的時機(jī)。

考慮到風(fēng)險、成本等因素，地球航天器到火星的最佳路線為1925年提出的“霍曼軌道”。因此，即便是派出人類最快的探測器前往火星，也需要老老實實等待每隔780天、約26個月出現(xiàn)一次的地火逼近時的火星探測窗口由于該軌道每26個月才能出現(xiàn)一次，因此成為各國探測集中的時間段（“窗口期”）。1996年以來，幾乎每個發(fā)射窗口都有火星探測器發(fā)射。

但抵達(dá)火星的過程實在太難了——

首先，稀薄而不穩(wěn)定的火星大氣，遍布巖石、斜坡、溝壑等障礙物的火星表面，極其嚴(yán)重的火星塵暴，再加上通信延遲，這些都給降落火星帶來很大風(fēng)險。

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其次，如果前往火星，不僅需要完全擺脫地球引力，還需要擺脫太陽強(qiáng)大的引力影響。這意味著更強(qiáng)大的火箭是探測火星的先決條件。

第三，探測器必須功能強(qiáng)大。一方面，火星探測的成本極高，必須搭載大量的各種科學(xué)儀器才能換回相應(yīng)價值。另一方面，由于距離問題，探測器的深空通信、自主導(dǎo)航控制和自我故障檢測修復(fù)功能必須獨(dú)立且強(qiáng)大，這進(jìn)一步推高了成本。

第四，探測器到達(dá)火星附近后，需要被火星引力捕獲。火星捕獲是火星探測任務(wù)中技術(shù)風(fēng)險最高、最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。相比較地球而言，火星只是個小不點(diǎn)，質(zhì)量僅僅有地球的10.7%，引力影響范圍很小，這要求探測器必須精準(zhǔn)切入環(huán)繞火星軌道。同時，探測器必須擁有強(qiáng)大的變軌能力，能完成改變軌道、大幅增加燃料需求。

盡管如此，各國都在加緊制定計劃，朝著奔向火星的路上邁進(jìn)。

漫漫奔“火”路，天問一號創(chuàng)造歷史

2021年5月15日，天問一號著陸火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)，首次通過一次任務(wù)實現(xiàn)“繞、著、巡”三大任務(wù)目標(biāo)。我國首次火星探測任務(wù)著陸火星成功，標(biāo)志著我國邁出了星際探測征程的重要一步，實現(xiàn)了從地月系到行星際的跨越，在火星上首次留下中國人的印跡。

天問一號在距離火星約220萬公里處拍攝的首幅火星圖像。（2021年2月5日發(fā)布）。圖片來源：中國航天科技集團(tuán)八院

作為一位功能強(qiáng)大的“太空多面手”，環(huán)繞器在“天問一號”火星探測任務(wù)中，分飾了飛行器、通信器和探測器三大角色，創(chuàng)多項國內(nèi)外首次。

落“火”一周后，2021年5月22日，在地面人員的精心操作下，祝融號火星車駛下著陸平臺；6月11日，天問一號探測器著陸火星首批科學(xué)影像圖公布。中國首次火星探測任務(wù)取得圓滿成功。

中國首次火星探測火星全球影像圖。圖片來源：新華社

目前，環(huán)繞器仍在“環(huán)繞火星”的崗位上，持續(xù)對火星開展多維度探測。而據(jù)最新消息，目前，中國行星探測工程已批準(zhǔn)實施天問一號、二號、三號、四號4次任務(wù)，并計劃在2028年前實施“天問三號”探測任務(wù)，將完成人類第一次火星采樣返回，這一過程比“天問一號”任務(wù)更加復(fù)雜，對精細(xì)化火星大氣環(huán)境條件的需求也更為迫切。

天問一號“著巡合影”圖 圖片來源：國家航天局

未來，“移民”火星可能嗎？

火星上惡劣的環(huán)境并不妨礙人類大開腦洞，展開各種想象，“移民火星”就是其中之一。那么，人類有沒有移居火星的可能？

日前，科學(xué)家根據(jù)“好奇”號在探測蓋爾隕石坑時獲得的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)隕石坑中縱橫交錯的裂縫中，可能充滿了富含水的蛋白石，這可能是人類未來探索火星的重要資源。研究還發(fā)現(xiàn)，巨大的火星地下裂縫網(wǎng)絡(luò)提供了豐富的水和輻射屏蔽條件，可能比火星地表更適合居住。

雖然將其改造成為一個適宜人類生存與發(fā)展的綠色星球的愿景是美好的，但具體實施起來十分不易：例如，如何大批量地運(yùn)輸人和貨物到火星；由于火星沒有磁場和大氣保護(hù)，太陽和宇宙射線輻射很大，如何解決輻射的問題；火星沒有氧氣可供呼吸，如何制造氧氣或改造火星大氣的問題；火星土壤沒有有機(jī)質(zhì)無法生長植物，如何改造火星土壤的問題；火星重力只有地球的2/5，如何解決人類在低重力下生存的問題……但很多人還是在期待著也許有一天，科學(xué)家們能夠通過更先進(jìn)技術(shù)手段提高火星表面溫度、增加火星大氣濃度等，進(jìn)一步建立火星表面生態(tài)環(huán)境。

對人類來說，它不僅是一顆行星，更代表著對宇宙未知、人類未來生存發(fā)展的探索。這就是我們對火星情有獨(dú)鐘的原因。

綜合來源：新華社、解放軍報、北京日報、科技導(dǎo)報等