導(dǎo)讀
這是多猛的激光啊，biu的一下子巖石就氣化了。
文章背景：
在天問一號2021年5月15日登陸火星之前，袁嵐峰老師和中科院國家空間科學(xué)中心研究員周炳紅、劉勇做了一場“火星探測”主題直播，本文是錄播第二集的文字版本，共有三集，第一集見《中國火星車成功登陸，同時其他國家的探測器在干什么？ | 科技袁人》。
視頻鏈接：
西瓜視頻：
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本視頻發(fā)布于2021年5月19日，觀看量已達(dá)6.6萬
精彩呈現(xiàn)：
主持人
袁嵐峰
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)副研究員、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)科技傳播系副主任、中國科學(xué)院科學(xué)傳播研究中心副主任
嘉賓
周炳紅
中國航天科普大使、空間科學(xué)傳播專家工作室副主任、中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心研究員
嘉賓
劉勇
中國航天科普大使、空間科學(xué)傳播專家工作室執(zhí)行主任、中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心研究員
袁嵐峰：好了我們說了這個。其實我們都已經(jīng)自然地過渡到第二部分了，我們快要進(jìn)入技術(shù)細(xì)節(jié)了。好，我們接著進(jìn)入第二部分的討論，關(guān)于火星探測的技術(shù)細(xì)節(jié)的問題了，首先請問兩位老師有沒有參與過我們國家的火星探測項目？
劉勇：我參加過。
袁嵐峰：周老師呢？
周炳紅：我參加了一部分應(yīng)該是。
袁嵐峰：那就是說你們都參加了，那能不能給我們分享一些你們研發(fā)當(dāng)中的故事？
劉勇：我其實最想分享的是我們在上一次做螢火的時候，失敗的問題。
袁嵐峰：螢火一號 。
劉勇：那個時候讓我印象太深刻了，那次我去辦公室，頭一天我們上面還貼著橫幅說，我們慶祝螢火一號發(fā)射成功。
然后我去了趟辦公室看到我們領(lǐng)導(dǎo)，我們領(lǐng)導(dǎo)平時很酷的，你看不到他臉上有什么表情，然后總是一幅鋼鐵直男那種感覺。但是那天我一看特別傷心那種，說的不好聽，就像我們大學(xué)同寢室的哥們失戀了，然后一夜沒睡著，抽了一夜煙，就是那種感覺，就是坐在辦公室里頭，整個人就崩掉了。
我當(dāng)時忽然想到是因為螢火失敗了，然后他很傷心，我當(dāng)時就想去安慰他，我也不知道說什么。但是我是覺得總覺得這個事我們應(yīng)該沒什么責(zé)任，因為畢竟我們是借人家的船出海。
袁嵐峰：對，是俄羅斯的火箭出問題。
劉勇：俄羅斯的發(fā)射過程出問題了，然后我就想安慰他，我說這事我們沒什么責(zé)任的，結(jié)果他懟了我一句，我們也沒什么結(jié)果。
袁嵐峰：確實。
劉勇：這個故事讓我一直印象很深刻，就是我們做科學(xué)研究，我們是真的是想去拿那個結(jié)果的。
袁嵐峰：是的，我們不是一個官僚機構(gòu)，我們是一個研究組織，我們的目標(biāo)是為了人類獲取新的知識，不是說去甩鍋的，這是非常富有人性化的一個故事。
周炳紅：我參加的主要其實是發(fā)射天問一號的長征五號火箭，長征五號我記得當(dāng)時是第二次發(fā)射失敗了，所以我們當(dāng)時還有一個。
袁嵐峰：2017年的時候。
周炳紅：對，我們在這之前其實就已經(jīng)有個課題，因為它長征五號不同的任務(wù)，它火箭的上面一級，就是長征五號液氫液氧第二級，五米直徑的第二級，它的滑行時間有兩種不同的工作模式，就是你去火星和發(fā)射這個衛(wèi)星它是不一樣的，去火星和去月球的時候，它的滑行時間會更長一些，會長個幾百秒鐘。
袁嵐峰：這個也許需要向觀眾解釋一下，所謂滑行的意思就是說，它關(guān)掉了。
周炳紅：它的主發(fā)動機走到一段時間以后，它會關(guān)機，然后它在失重條件下飄，飄過去，然后對準(zhǔn)火星的時候再點火，再推出去。
袁嵐峰：是，那么是兩次點火。
周炳紅：對。那么在這一段時間內(nèi)，如果管理不好的話，第一個推進(jìn)劑會飄起來，第二個是因為它是低溫推進(jìn)劑，它里面的儲箱壓力會發(fā)生變化，其實最近就這幾天，SpaceX用那個星艦火箭。
袁嵐峰：他那個星艦10號又炸了。
周炳紅：對，出現(xiàn)這些問題，它用的是液氧甲烷，也是低溫推進(jìn)劑。另外就是它在返回的時候，它也是要關(guān)掉那個主發(fā)動機，就掉個個再回來，所以也經(jīng)歷了微重力，就是失重，那么它的壓力就下降了，現(xiàn)在也是認(rèn)為是大幅晃動引起壓力下降，然后有一次還，晃動把增壓氣體氦氣吸到發(fā)動機里面，所以它推力就不夠，所以它著陸的時候速度就更快，所以我是從我們叫流體力學(xué)的角度參與了火箭這一部分相關(guān)專業(yè)的研究。
袁嵐峰：是是是，這就是周老師的專業(yè)，他的研究主要就是這方面的，所以我們現(xiàn)在看到我們長征五號已經(jīng)修好了，已經(jīng)能夠穩(wěn)定地發(fā)射，其實這就是一個非常重要的改進(jìn)。
周炳紅：是。所以還講一個故事，應(yīng)該說是我們科學(xué)院的同事的故事，因為我最近也在做小天體的研究。
袁嵐峰：小天體防御的研究。
周炳紅：對，小天體防御，就是它可能撞擊地球，那么我們也就會關(guān)心，因為小天體其實它撞擊地球以后，它會變成各種隕石，我們國家剛開始其實早期因為沒有火星的數(shù)據(jù)嘛，那么其實去研究火星是有的，我們科學(xué)院有專家去研究它，就是地質(zhì)地球所林楊挺研究員，他們的團(tuán)隊在研究，包括歐陽自遠(yuǎn)院士。
袁嵐峰：他們不是到處去撿火星的隕石嗎？
周炳紅：對，他們?nèi)ツ蠘O，去一些沙漠的地方撿隕石。
那么現(xiàn)在地球上現(xiàn)在一共發(fā)現(xiàn)的隕石，就是其中有266塊就是他是根據(jù)火星的隕石。那么他們當(dāng)時一個故事就是什么意思？他們通過用微納探測器探測里面的元素成分，就發(fā)現(xiàn)它有一種特殊的碳，他判斷這個碳應(yīng)該是一種有機碳。
袁嵐峰：實際上應(yīng)該是說來自同位素的分布。
周炳紅：對，它可以測，他有那種微納探測器，它可以測旁邊的同位素的比例，就發(fā)現(xiàn)它應(yīng)該是生物成因的碳，又叫干酪根。
袁嵐峰：干酪根。
這是我跟那些找石油的那些人合作的時候，他說我們標(biāo)準(zhǔn)成油理論，就是說古代生物的遺體，它先是變成干酪根，然后最后變成石油，干酪根其實是個非常絕妙的翻譯，它是一個音譯兼意譯，Kerogen。
周炳紅：那么他發(fā)現(xiàn)這個以后，當(dāng)時是個很重大的成果，當(dāng)時其實是想發(fā)到頂級雜志《Science》上，但是《Science》或者《Nature》對吧？但他們不發(fā)，他們第一個是說，這個結(jié)果還不可靠，讓他改唄，是吧？后來是他們用他們的，好像哪個探測器的數(shù)據(jù)，他們先發(fā)了一個類似的。所以他們后來這個成果就發(fā)在一個就更低檔次一點的這個雜志上。
袁嵐峰：歐陽自遠(yuǎn)院士對這個非常不滿，他總是說實際上我們中國人是最早發(fā)現(xiàn)火星上有生命的，他認(rèn)為那個已經(jīng)足以證明火星上有生命，當(dāng)然我想再怎么也是個間接的證明，怎么也不如眼見為實的，所以我們還是希望真的你到了火星，然后取個樣品回來，這個才能夠確認(rèn)。
周炳紅：是。
袁嵐峰：但是將來假如確實發(fā)現(xiàn)了火星上有生命，我想那到時候歐陽自遠(yuǎn)院士以及研究這塊隕石的人，他們肯定會說我們早就發(fā)現(xiàn)這個了。到時候大家就會知道所謂中國人先發(fā)現(xiàn)火星上有生命，這個故事到底是怎么來的了是吧？我們發(fā)射的天問一號，用的是長征五號，我們這倆模型都是長征五號？這個長征五號它在技術(shù)上有哪些突破呢？跟我們以前的火箭相比。
周炳紅：跟我們以前的火箭，我們現(xiàn)在叫它是相當(dāng)于是老一代常規(guī)的運載火箭，那么現(xiàn)在以長征五號為代表的，包括長征六號、長征七號以及后面的長征八號都叫新一代運載火箭。
第一個就是長征五號推力更大了，它研發(fā)了一個120噸的液氧煤油發(fā)動機，我們老一代的運載火箭其實還是錢學(xué)森時代研發(fā)的，它的起飛推力應(yīng)該是70噸，而且它是劇毒的推進(jìn)劑，四氧化二氮、偏二甲肼它是常溫可儲存的，就是因為當(dāng)時發(fā)展火箭是為了發(fā)展彈道導(dǎo)彈。
袁嵐峰：我先保證安全，然后再說其他的。
周炳紅：對，保證安全，它為了導(dǎo)彈能夠隨時發(fā)射，不讓這種液氧液氫它低溫推進(jìn)劑的話，要提前，在發(fā)射前一段時間要加注。那么一個是液氧煤油發(fā)動機，還有一個就是5米直徑中間，我們說中央芯級，它直徑大，變成5米了，所以它起飛重量800多噸，以前大概是最多也就500噸左右。
還有就是研發(fā)了一個新的，50噸推力的液氫液氧發(fā)動機，所以這就是主要的突破，我覺得主要體現(xiàn)在它更重。
另外是研制的兩款更大推力的，先進(jìn)性能的這種低溫推進(jìn)劑為代表的這種先進(jìn)發(fā)動機，這就為我們后面的無論是嫦娥工程，火星，包括以后的火星樣品取樣返回，深空探測什么的都得靠它，我們說是火箭的動力有多大，我們航天的舞臺就有多大。
袁嵐峰：是的。
周炳紅：所以我們的舞臺大了現(xiàn)在是。
袁嵐峰：基礎(chǔ)設(shè)施沒有，其它什么都沒法搞，就像我們?nèi)ツ甑逆隙鹞逄枏脑虑蛏先臃祷?，那個用的就是長征五號。
周炳紅：對。
袁嵐峰：而且嫦娥五號是一個人類有史以來最大的探測器，就是往地外發(fā)的，那個就是你得用這么大的火箭才能發(fā)射。
我們再來說回美國的火星探測計劃，這個毅力號，實際上它出發(fā)的是最遲的，在去年那三家發(fā)的時候，就是先上阿聯(lián)酋的，然后中國的，最后美國的是吧？但是它是后發(fā)先至是吧？到達(dá)火星表面它是后發(fā)先至，它為什么在中國之前它就直接落下去了？
劉勇：中國是要先繞幾圈，因為我們畢竟沒干過這個東西，人家干過了，人家很清楚地知道我們要去哪里落，然后周圍的地形地貌，它都有最原始的數(shù)據(jù)，都已經(jīng)探測清楚了，我們是要先繞一圈，然后選地點。
袁嵐峰：我們要繞三個月，要繞好多好多圈。
劉勇：所以它先落下去了，我們后面再落。
周炳紅：而且我們上面有個更高分辨率的相機，比他們以前的分辨率更高，這次已經(jīng)拍到那種高分辨率的圖片了，這樣也對我們將來選擇那種很平整的著陸點有利，所以先幾個月看清楚了，研究清楚，再降下去。
袁嵐峰：那么火星著陸到底有哪幾種方法呢？
劉勇：我們現(xiàn)在印象最深的是，以前最常用的是氣囊。實際上整個過程都是要分三步走，包院士也講過黑色七分鐘，就是第一個階段要氣動減速，前面有個防護(hù)罩，就跟我們載人飛船。
袁嵐峰：是包為民院士是吧？
劉勇：對，包為民院士，包院士講過，第一個階段是要氣動減速，就是火星上有大氣。
袁嵐峰：火箭反推。
劉勇：第一個階段不用火箭反推，就是氣動。
袁嵐峰：就是依靠大氣的摩擦力減速是吧。
周炳紅：是這樣的，先在環(huán)繞火星軌道，如果我們的話需要減速，包括美國也要減速一下，就讓它掉到火星上去，減速了以后就靠氣動減速了。
劉勇：然后再就是要用要降落傘，這速度減下來之后，4公里每秒降到400多米每秒，這個時候就可以開傘了，用傘這是第二階段，第三個階段其實就有幾種不同方案，比方說毅力號用的是空中吊車，這個是能夠解決比較大的這個，是稍微大一點的重量的。以前最常用的是氣囊，我印象最深的是勇氣號著陸的視頻，它會突然一下爆開一個氣囊，好像周圍都長了氣球，然后它在火星上彈。
周炳紅：彈跳好多次。
袁嵐峰：它那火星車是包在氣囊里面。
劉勇：對，那個彈的過程我看了一下，從它第一個著陸點到最后之間的距離有10多公里。
袁嵐峰：翻滾了這么遠(yuǎn)，如果那有個溝的話，它就一路掉下去了?？赡苤懙攸c選擇得必須非常準(zhǔn)確才行，要不然它掉下去出來了。
周炳紅：這兩種了。
劉勇：對，還有一種是像中國的嫦娥四號那樣，最后用一個反推火箭，當(dāng)然其實前面也用反推火箭，比方說像空中吊車那種反推火箭，在中國基本上是反推火箭把速度減為0，然后在離地面大概是幾米的地方就關(guān)掉火箭了。
袁嵐峰：我們這次用的仍然是火箭反推的辦法是吧？
劉勇：對，這招我們玩得熟啊。
袁嵐峰：是的，火箭反推技術(shù)中國算是掌握了，因為跟它對照的就是印度，就在2019年的時候，印度也嘗試一次月球的軟著陸，叫做月船二號，他就是用火箭反推技術(shù)，但是它的技術(shù)也太差了。無論是發(fā)動機的動力還是數(shù)量，第一，它的發(fā)動機太小了。
劉勇：它是這樣的。
周炳紅：是引進(jìn)俄羅斯的。
劉勇：這個要用一個，最理想的就是像中國這樣，叫可變推力，我這推力可變，我想要大就大，想要小就小。
袁嵐峰：沒錯。
劉勇：印度沒有掌握這個技術(shù)他怎么辦？他最開始找俄羅斯買，俄羅斯不賣給他。這個合同都簽了，后來把人給涮了。然后他后來自己做了套方案。我搞幾個……
袁嵐峰：是。
劉勇：我裝了5臺火箭，這樣我就是說，我想要大推力的時候我全開是吧。
袁嵐峰：他去調(diào)整那個數(shù)量。
劉勇：對，我就通過數(shù)量來控制。
袁嵐峰：這是很詭異的一個方法。
劉勇：這個方案就很復(fù)雜，只要一臺火箭工作不正常，整個東西就翻車了，最后就成功地翻車了。
袁嵐峰：它是最后到離這個月面還有兩三公里的時候，它失去聯(lián)系了，不知道它跑哪兒去了，最后它肯定是撞到月球上去了。這個就是很悲劇的一個故事，因為每一個火箭的推力都很小，都是幾十牛的，然后它搞了好多臺，最后就完全控制不過來了。
劉勇：他的方案改了好幾次，前面這個是裝3臺裝4臺。然后包括它整個的重量。所以這個東西是，這個航天還是一個很硬核的科技，行就是行，不行好像你想糊弄過關(guān)也沒那么容易。
印度還玩了很多這種小花招，比方說他在輪子上印的印度的國旗國徽，這樣他這個車如果是在月面上跑起來，他們印度的國旗國徽就成功地印在這個。
袁嵐峰：它是印ISRO，印度空間研究組織，它的徽標(biāo)。
劉勇：那個也印了那個徽標(biāo)。
袁嵐峰：是，但是它的月球車的它沒有在上面跑，所以它目前為止它還沒有印上去，我估計他們下一次再去試，因為今年他又要去試了。所以我們不知道他這次能不能成功，如果成功他可能又要搞這個，所以到時候我們就會看到在月球上印上印度的標(biāo)志了。
袁嵐峰：那么對于這個火星探測器著陸地點的選擇，我們到底是有些什么考慮呢？
劉勇：我在接觸這個問題之前，我最開始希望的是說，我們得去最可能找到生命的地方，或者是最有科學(xué)價值的地方去著陸。后來我研究這個問題，我發(fā)現(xiàn)第一考慮是工程，這個事也很有意思，就是說我們要保證這個火星車，第一個是要保證走出去，這個著陸器能夠成功地著陸。第二個是保證這個火星車能夠成功地開出來。這就有幾個條件，第一個條件是這個地方不能太軟，太軟了，整個著陸器就陷下去了?；鹦擒嚲蜎]法開了。
袁嵐峰：掉到一個沼澤地里面去了。
周炳紅：先得成功才能說是好。
劉勇：第二個（條件）就是我們要，周圍的地相對比較平坦，它不能有那些大石頭那些稀奇古怪的東西，因為我們，而且周圍整個一大片區(qū)域都不能有，所以我們現(xiàn)在是有兩個備降點，備選的點。
所以這兩個地方都滿足這個條件，當(dāng)然我們在這里還要考慮科學(xué)的因素，科學(xué)因素，我覺得這里有幾個地方。比方說絕大部分都是選擇在赤道附近，火星的赤道正負(fù)30度以內(nèi)，這個其實也是一個工程的考量。還有一個科學(xué)考慮，一個是我們能夠找到水的地方，能夠找到水合物，還有呢就是，或者是它不同的幾個地質(zhì)塊，不同時期的地質(zhì)塊，相鄰的地方，我們最好落在那邊上。我們就可以去……
周炳紅：跨越地質(zhì)帶。
劉勇：對，跨越地質(zhì)帶。這樣我們就可以去探尋火星的歷史，而且是不同時期的歷史。還有就是如果不能這樣的話，我們最差也能夠找出一種它有很多，因為火星，我們知道火星上有很多隕石坑。鉆下去，然后濺一塊土出來，然后過一段時間又一個東西鉆下去，然后濺一塊土出來，我們最好能找到這種不同時期的土堆的地方放在那個附近。
袁嵐峰：這個要求可就難了。
周炳紅：所以提前要做很多觀測和科學(xué)的研究準(zhǔn)備。
袁嵐峰：那得是一個有很多隕石坑的地方是吧？
劉勇：它只要是，其實隕石坑有的大，有的小，就是說不同的隕石坑都在這附近能夠找到，而且不同時期的。
周炳紅：可能是這樣，就等于是，隕石有一個規(guī)律，就是你越大的，其實你間隔的時間就越長，打比方如果是一公里的，打個比方，它可能1000萬年才一次。
袁嵐峰：它可能是個冪律分布是吧？
周炳紅：那你可能100米撞擊的，可能是那100萬年一次，那也就是說你可能是在一個一公里撞擊，然后它有10公里大的一個大坑里面，也就是說，打比方，現(xiàn)在看到的，這就是1000萬年前的。然后中間又撞了第二個，如果是這種，我覺得，就像剛才你解釋的，這種地方它就很好，那就可以看里面這兩次撞擊之間的對它地質(zhì)的影響或者什么，能獲得更多更豐富的科學(xué)數(shù)據(jù)。
袁嵐峰：周老師現(xiàn)在研究這個小行星防御，這其實就跟你們這個小行星防御是相關(guān)的對吧。就是判斷我們有一個小行星撞到地球上那個概率有多大，這其實就是通過這種分析。
周炳紅：對。
劉勇：火星上還有一個特點就是它那個坑都留在上面了。所以有人會用坑的密度來算那個地塊形成的歷史。
袁嵐峰：是的。
劉勇：坑越多的地方，說明撞擊的次數(shù)越多，說明這個地方越古老。對，就跟人臉上的皺紋一樣，皺紋越多，年紀(jì)就越大。
袁嵐峰：就是美國毅力號火星車，它特別有勁，因為它用的是核動力，而我們天問一號我們用的還是太陽能的動力，這個功率它的能量就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如毅力號，這是為什么呢？
劉勇：這個可能就是個技術(shù)性的問題。我們那個太陽能電池板畢竟我們用得熟一些，核電池我們也試驗了。
袁嵐峰：我們用過，我們在這個嫦娥上面用過。
劉勇：我們是用過，其實基本上就是說測試一下，我覺得這個還是處于一個測試階段，我覺得這項技術(shù)沒有掌握得特別成熟。
周炳紅：而且這個東西特別貴，美國那個核電池花了7000萬美元，這大概相當(dāng)于我們一個飛行任務(wù)的價格了，光核電池。
袁嵐峰：但我印象中我們以前用過的核電池，好像是用在月球上保溫的是吧？
周炳紅：對，那個功率小，然后結(jié)構(gòu)也簡單，它不用轉(zhuǎn)換成電，它只要是產(chǎn)生熱就行了，這個比較簡單，但是要發(fā)電的話技術(shù)難度還是很高的。
袁嵐峰：但是保溫技術(shù)對我們也還是非常關(guān)鍵的。因為這樣的話才能夠度過月夜月晝這個時間，否則探測器在月球上活不過14天，它一到月夜的時候就掛了。
周炳紅：但是我們這次“天問一號”也用了一個創(chuàng)新性的技術(shù)，就是在火星車上面，兩個天窗一樣的。它這里面裝了一個叫做相變儲能的材料，叫正十一烷。它有個很好的性質(zhì)，就是它的液固相變點，剛好在火星白天和夜晚溫度之間，大概是-26度，火星最高溫度大概零度附近，然后最低溫度可能-80度左右，所以它在這兩者之間，白天的時候它就液化了，化成水一樣的液體，到晚上特別冷，它就凝固放熱，這樣等于是你在火星車的表面最低也就是零下26度，在這里面，我們那些載荷就可以保證在零度附近，那樣我的載荷是可以正常工作的。
袁嵐峰：相當(dāng)于一個緩沖墊是吧？
周炳紅：對，所以它是用了一個應(yīng)該說也是創(chuàng)新性地用了一個新的儲能的技術(shù)。
袁嵐峰：那么這個其實已經(jīng)在很大程度上回答了下面一個問題，就是說我們的“天問一號？跟美國有什么不一樣的探測技能？那個是說我們有什么不同的技術(shù)是吧？但是如果要跟美國有不同的探測，我們有什么？
劉勇：我的理解就是說，我們最主要的目標(biāo)還是在火星上去找生命。
袁嵐峰：這跟美國是一樣的，跟其他任何國家都是一樣的。
劉勇：對，其實我覺得我們這次就用了一整套方法，從天到地，這個問題我們就這么來理解吧，一個是能夠找出生命，這是最好的直接找到是生命有機體，如果找不到有機體，我們退一步找出生命存在過的痕跡，比方說化石有機物大分子這都是。
這些如果還找不到，我們找到適合生命存在的條件，以前曾經(jīng)是有水有溫暖的環(huán)境，所以我們這些東西都是我們的目標(biāo)，就是能夠找到水，找到分子，找到我的印象中，我們有一臺特別酷的儀器，特別好玩，就像上面是有一個激光的，這是能發(fā)出一束激光的。
袁嵐峰：這是個激光器？這個看上去像一個照相機的東西實際上是一個激光器。
劉勇：然后激光會把火星表面的巖石氣化，然后我們再測那個光譜。
袁嵐峰：這是多猛的激光啊，biu的一下子巖石就氣化了。
劉勇：這個技術(shù)好像還是比較常用的，它就是測這個成分，所以在這里頭我們就說不管是我們要找生命，還是要找生命存在的條件，包括火星生命存在的條件，我們都是，成分都是很關(guān)鍵的，這個是我覺得是一個最有意思的儀器。然后其他還有一些比方說最常見的就是相機，我們要測火星上的地形地貌，各種分辨的相機，還有多光譜的照相，這樣我們就，還有一個雷達(dá)，雷達(dá)很有意思，雷達(dá)是我們可以去測的是，雷達(dá)不僅火星上有，天上也有，是我們能夠測它的土壤到底有多厚。
袁嵐峰：這相當(dāng)于一個遙感技術(shù)是吧？
劉勇：對，這是遙感技術(shù)。還有一個就是我們要測火星上，有時候有冰，我們前面也提到了，它要測冰的厚度，冰的厚度都是用雷達(dá)來完成的。這里還除了遙感器技術(shù)，我覺得還有一個最不起眼的就是磁強計。
袁嵐峰：它是探測火星的磁場的。
劉勇：對，它是探測火星磁場，其實大家都知道火星是沒有。
袁嵐峰：現(xiàn)在火星不是已經(jīng)沒磁場了嗎？
劉勇：但是它保不齊，它有一些叫剩磁，就是局部地區(qū)，它不是說整體是一塊大的磁鐵，它局部地區(qū)有一些，也分布了一些小型的這些，有磁的區(qū)域，這些區(qū)域我們也很關(guān)注，對于火星它是如何形成演化。其實周老師之前也跟我聊過，火星有個南北不對稱性的問題，特別有意思。
周炳紅：那現(xiàn)在先講了，我們?nèi)绻椿鹦堑貓D，它就是會發(fā)現(xiàn)南北很不對稱。
袁嵐峰：你是說火星的外形上就能看出來不對稱？
周炳紅：你看如果是有等高線的。
袁嵐峰：那它像個鴨梨一樣的。
周炳紅：它在北極，你看北邊一大塊是藍(lán)色的，很深色的，表示它那里高度很低，比平均高度，那個球它是陷下去的，在赤道附近是隆起來的，包括阿爾卑斯山它都是隆起來的。
袁嵐峰：您是說那個奧林匹斯山吧。
周炳紅：對，奧林匹斯山。都是一片深色的，紅色的就是在赤道附近，火星赤道附近。那么這個起源是什么？其實也跟后面兩顆衛(wèi)星也有關(guān)系，就是說這衛(wèi)星有可能又是我那個專業(yè)小天體撞擊起源的。它在北極那撞了一下。
袁嵐峰：其實那兩顆衛(wèi)星本來是火星的一部分是吧？
周炳紅：對，它其實是有一顆接近1000公里的小天體撞擊的，在40多億年前可能42億或者43億，火星剛形成不久，在北極撞了一下，所以北極那邊就淺了一塊，然后它飛出去了。那時候其實會形成一個火星環(huán)，有些就掉到赤道附近，然后有些慢慢地就凝結(jié)成一個，聚集成一個小的衛(wèi)星，火星的衛(wèi)星。
袁嵐峰：但是這個衛(wèi)星還是非常不規(guī)則的，跟個土豆似的。
周炳紅：對，現(xiàn)在還有兩個就是10公里左右的，幾十公里的衛(wèi)星，其實中間會有一些更大的衛(wèi)星，但是它在潮汐力的作用下不停的往下掉，然后碎了再全部掉到赤道附近。當(dāng)然這是一個猜測，也需要如果能采樣什么的，近地更仔細(xì)地探測來證實這些猜想。
袁嵐峰：這又讓我想到，我們當(dāng)初搭乘俄羅斯火箭那次失敗了，其實那個火箭主任務(wù)叫做，去福布斯（Phobos）的，福布斯-土壤號。福布斯就是火衛(wèi)一嘛。
劉勇：火星這兩個名字也很有意思，它一個叫福布斯，翻譯成中文應(yīng)該是恐懼、害怕，然后另外一個叫得摩斯（Deimos），那個也是害怕，后來我查了一下，福布斯是戰(zhàn)斗，他們都是戰(zhàn)神的兒子，福布斯是戰(zhàn)斗中的害怕，然后迪得摩斯是戰(zhàn)斗前你會感到緊張。所以這個火衛(wèi)一和火衛(wèi)二，這個名字就對應(yīng)著這個來了。
周炳紅：火星就叫戰(zhàn)神，火星就叫Mars。
袁嵐峰：當(dāng)初我們的福布斯-土壤號，它的主任務(wù)就是說要去落福布斯對吧？在那上面落然后取樣返回，這看起來是個非常神奇的任務(wù)，你還沒有從火星取樣返回，你就要從火星的衛(wèi)星取樣返回了，但是其實這是個有點投機取巧的任務(wù)，因為從火星的衛(wèi)星返回是非常容易的。
劉勇：對，相對容易多了。
袁嵐峰：因為衛(wèi)星那么小，它幾乎都沒引力是吧？真正的困難是落下去，因為它沒有引力。
劉勇：落準(zhǔn)了是很難。
袁嵐峰：你都很難讓它吸住你。
周炳紅：實際上你是蜻蜓點水沾一下。
袁嵐峰：你要離開它是非常容易的，你要固定在上面反而是很困難的。所以如果它真的落上去了，它應(yīng)該很容易回來。唯一的問題只是它剛從地球一出發(fā)，然后就失去控制了。
劉勇：是，后來還留了個笑話，說我們本來要去天津的，二環(huán)都沒出就掉下去了。
袁嵐峰：這是很可惜的事情，但是俄羅斯好像現(xiàn)在是跟歐盟合作，又做了一個火星的項目是吧？
周炳紅：對。
袁嵐峰：那個是什么時候發(fā)射？
周炳紅：就是那個，就是今年沒發(fā)射那個。
袁嵐峰：好吧。
周炳紅：所以應(yīng)該兩年之后，他們還要發(fā)射。
袁嵐峰：就是歐盟那個已經(jīng)跟俄羅斯合作了是吧？然后他們那個也是要去火星的衛(wèi)星嗎？
周炳紅：這個是去火星，要著陸火星。
袁嵐峰：但是我印象中俄羅斯好像還有一個要去落火星衛(wèi)星的。
劉勇：俄羅斯是有落火星的情結(jié)的，好像第一次成功的降落，他們宣稱，他們一直認(rèn)為他們是第一個落火星的，但那玩意落下去之后幾秒鐘就掛掉了。
袁嵐峰：他傳了一張照片，都沒傳完，然后大家看到的是一張傳了一半的照片。
劉勇：很神奇。
周炳紅：現(xiàn)在是日本有一個明確的，要去火星衛(wèi)星上采樣的。
劉勇：日本好像現(xiàn)在特別熱衷于去小天體。
袁嵐峰：對，那個隼鳥號，然后隼鳥二號。
周炳紅：因為他們有獨特的很小推力的電推進(jìn)技術(shù)，已經(jīng)得到驗證了。
袁嵐峰：他們是發(fā)揮自己在這方面的優(yōu)勢。
周炳紅：對，電推進(jìn)推力小，但是工作時間長，也很靈活，所以他們就去了兩次小天體采樣。
袁嵐峰：他就很適合去落這種沒有什么引力的小天體。對別人來說是個困難。
周炳紅：對它來說是個優(yōu)點，日本的精密機械很好，所以它電推進(jìn)技術(shù)很發(fā)達(dá)，目前世界上做的最好的。
袁嵐峰：《柯南》有一集就是講隼鳥號從外面取樣返回，然后有恐怖分子劫持了，要砸到東京的一個大廈上，他如何去解決這個問題，你看日本人對隼鳥號是非常自豪的，這是他們的一個國寶了。
袁嵐峰：我們下一個問題是說地球到火星有這么遠(yuǎn)，那我們這個探測器到底是怎么去控制它的，還有信息到底是怎么傳回來的？
劉勇：這些現(xiàn)在都有比較成熟的技術(shù)，一個是深空的測控，就是我們要準(zhǔn)確的測火星的位置，這個飛船的位置在哪里？跟火星的相對位置在哪里，有多遠(yuǎn)？這個也得要測得很精確，軌道要測得很精確，這樣我們才能開始往下落，現(xiàn)在有項技術(shù)叫做 VLBI。
袁嵐峰：甚長基線干涉是吧？
劉勇：對。
袁嵐峰：Very Long Baseline Interferometry。
劉勇：我前兩天剛剛把這個學(xué)會。然后還有數(shù)據(jù)傳輸是另外一套體系，是叫深空的通信網(wǎng)，有特別大的那種70米口徑的那種鍋，那個天線就是用來跟深空進(jìn)行通信的。
袁嵐峰：那個是在我們國內(nèi)的嗎？
劉勇：國內(nèi)有。
周炳紅：就在北京邊上，在武清，直徑70米的天線，這也是第一次使用。
袁嵐峰：那我們這次有沒有同時借用其他國家的。
劉勇：應(yīng)該有，我的印象中是有。
周炳紅：借了很多，那個火箭上，他當(dāng)時發(fā)射在火箭上就標(biāo)了好多這個ESA、阿根廷、西班牙都標(biāo)了他們航天局的字母在上面，就是因為用到了他們的測控站，因為我們國家的海外測控站是數(shù)量不夠的，我們只是在阿根廷有一個，所以阿根廷的也標(biāo)了，是因為我們的測控站放在他們那，可能也用了他們本身的自己的一個測控站。因為這個地球是圓的嘛，如果我們轉(zhuǎn)到?jīng)]對到火星的時候，我們就沒法測控。
所以特別是歐洲，歐洲是互補性最強的，美國不給我們。美國沒有，美國其實它是全球都有的。那么主要的我們沒有的地方，其實也從這種政治里面也能看出來，我們在澳大利亞沒有，在歐洲有，澳大利亞在南半球剛好跟我們緯度差不多。
袁嵐峰：他如果有的話對我們倒是挺有幫助的。
周炳紅：對，還有在非洲那邊，還有就是在赤道上美洲附近，歐盟他們都有，歐盟是有比較完全的深空測控網(wǎng)。
袁嵐峰：去年我和周老師直播“嫦娥五號”的時候，周老師就提到過說如果你要問中國的月壤樣品會分給哪些國家，其實你明顯就能看出來，誰給我們提供了測控的幫助，一個是西班牙，還有一個是誰來著？
周炳紅：還有一個是法國。
袁嵐峰：所以你看實際上這是老搭檔了。
周炳紅：對。
袁嵐峰：像這種航天活動，本來就應(yīng)該是全世界所有國家大家有條件都來幫忙。
周炳紅：所以我們國家的話它怎么辦呢？在國內(nèi)的時候我們就在東端起一個城市，就是黑龍江的佳木斯，在西端就是我們雞的尾巴，在應(yīng)該是新疆的喀什，在喀什有4個35米的測控天線。
袁嵐峰：所謂這個深空測控網(wǎng)其實就是這些大鍋的這么一個網(wǎng)是吧？
周炳紅：對，很大的天線都是幾十米的。
袁嵐峰：然后甚長基線干涉，我也來解釋一下，它實際上指的是由這些望遠(yuǎn)鏡的陣列組成的一個，再把它們整體當(dāng)成是一個大的望遠(yuǎn)鏡來用，對吧？因為它隨著地球自轉(zhuǎn)，它們會掃過一個很大的面積，幾乎相當(dāng)于整個地球的面積。實際上這是一個非常重要的技術(shù)，比方說2019年給黑洞拍照，它就是用到甚長基線干涉的技術(shù)，這樣的話等于集中了全球所有的這些大口徑望遠(yuǎn)鏡的力量，你才能拍到一個那么離我們那么遠(yuǎn)那么模糊的一個像。所以這個結(jié)論就是說我們探測器的遙控信息回傳，實際上是全世界所有國家都來幫忙，除了美國之外。
劉勇：其實我是覺得在這個事情上就應(yīng)該國際合作，這個都是我們是為人類在探索外太空，所以這應(yīng)該是集中全人類努力的，所以我是在美國學(xué)習(xí)，我當(dāng)時在那個時候正好是趕上這個法案的通過。
袁嵐峰：禁止跟中國航天合作。
劉勇：然后我們當(dāng)時要跟美國人合作寫文章的話，還要一定要有第三國參與。
袁嵐峰：只有中美兩國是不行的，還必須加上一個是吧。
劉勇：加個德國人或者加個日本人。
袁嵐峰：如果我們要解讀這個探測器從火星傳回的數(shù)據(jù)和照片，我們要怎么來解讀，要用到什么技術(shù)？
劉勇：事實上衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理是一個很大的一個，我前面講過一段就是所謂data mining。首先這個數(shù)據(jù)，比方說就像我們這張桌子，我們要成像，我們一定要先拍一下，我們可能看到的是一張桌子，當(dāng)我們看到周圍的對比強烈的地方或?qū)Ρ炔粡姷牡胤?，相對我們要把這個東西都給給出來，我們要有一個原始的東西來給它標(biāo)定。這是要在地面上先做試驗的，就是我拍一個桌子要像一個桌子。
袁嵐峰：要做一個1:1的模型。
劉勇：對。我這個數(shù)據(jù)處理的程序，能夠根據(jù)我拍的影像，把這個圖，把這個東西的圖像反演出來。這是第一步。
袁嵐峰：火星上確實有個地方長得像個人臉，然后引發(fā)了大量的陰謀論。
劉勇：對?；蛘哒f那個地方是一個河道，然后我們要跟已知的信息進(jìn)行標(biāo)定，還有儀器和儀器相互要進(jìn)行標(biāo)定，所有這些標(biāo)定做好了，最后我們才能把最后的圖像展示給大家。
我覺得這是航天探測中，一般人很少會涉及到，一般都是說火箭飛船什么時候可能會任務(wù)失敗，像這個地方做不好，也是我們沒有最大限度地利用我們的探測結(jié)果。
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