火星之旅：“天問一號”任重道遠

“中國航天”一直以來都是一個令中國人熱血沸騰的詞。從“東方紅一號” 到國際空間站，中國航天憑借獨立自主的技術(shù)研發(fā)完成了一個又一個令國人倍感自豪的偉績。2021年，“天問一號”成功抵達火星以及“祝融號”火星車的成 功登陸已經(jīng)成為最令人激動的中國航天大事件之一，正如習(xí)近平總書記贊揚的那 樣，“天問一號”探測器著陸火星，邁出了我國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?！倍芏嗳嗽诩又嗫赡軙苫?，為什么在中國 實現(xiàn)載人航天18年后的今天，我們才實現(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，開普勒基于火星運動軌跡的資料提出了行星運動規(guī)律?？梢?，對于火星觀測的深入成為人類文明發(fā)展的重要見證。

在太空時代，人們的觀測手段愈發(fā)多樣，從望遠鏡到飛行探測器，人類對火

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？

實際上，金星的星球表層環(huán)境與地球大相徑庭。因為金星表面大氣的96%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，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， 同時大氣層很薄，導(dǎo)致其地表某些區(qū)域的溫度白天可達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” “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》，屈原通過此詩表達了對真理執(zhí)著的追求。

“天問一號”的主要任務(wù)是驗證深空的通信和控制技術(shù)，環(huán)繞行星軌道運 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”兩個問題開展。而“天問一號”上共 搭載了 13臺科學(xué)儀器，包括7個環(huán)繞器和6個巡視器，來支持任務(wù)的完成。

環(huán)繞器主要負責(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”火星巡視車，主要負責(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)的眾多國際機構(gòu)也向“天問一號”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”這一名稱承載著中國人 對火星探索的希冀與渴望?！白Ｈ谔枴笔侵袊l(fā)射的第一個地外行星的巡視器，它的旅程可謂“任重道遠”。

為何“任重”？據(jù)報道，“祝融號”上攜帶了6個巡視器，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、火星車次表層探測雷達、火星表面磁場探測儀，等等。例如次表層探測雷達可通過主動發(fā)射和接收電磁波 信號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”需要完成4個主要探測任務(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”完成這些任務(wù)的時間僅僅只有90天，可謂“任重”。

而說到“道遠”，自然與飛行器行駛的距離有關(guān)。“祝融號”于2020年7月 23日作為“天問一號”探測器的一部分，由“長征五號”遙四運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個月的飛行，才于2021年2月10日成功進入火 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，則花費了3個月之久，可謂“道遠”。同時，這也標志著中國成為繼美國之后第二個成功著陸火星進行探測的國家。

火星車與著陸平臺的合影（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就是要去一個尚不確定的環(huán)境，有時我們并不知道將會面對什么。

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

遙遠的距離也是個大問題。火星離地球最近的距離是5500萬千米，最遠將達 到4億千米。距離最遠時，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?度小，加上火星大氣對陽光還有削減作用，火星車的能源供給會比月球車更為困難。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，接收太陽光就會更加困難，因此還要考慮設(shè)計火星車的自主休眠功能。