見證歷史！我國首個火星探測器“天問一號”發(fā)射成功，將挑戰(zhàn)「三步走」，開啟中國航天新篇章

本文作者：付靜

2020-07-23 14:24

導(dǎo)語：一次性實現(xiàn)“繞-落-巡”三步，在世界領(lǐng)域還是首次。

北京時間 2020 年 7 月 23 日 12 時 41 分，海南文昌航天發(fā)射場，搭載著“天問一號”探測器的長征五號遙四運載火箭成功發(fā)射，我國首個火星探測任務(wù)順利開啟！

集軌道飛行器、著陸器、火星漫游車于一身的“天問一號”，按計劃將在約 7 個月后到達(dá)神秘的紅色星球，我國將向著全球第三個降落在紅色星球的國家這一目標(biāo)前進(jìn)。

“繞-落-巡”，一次完成

由于公轉(zhuǎn)的原因，當(dāng)前正值火星探測窗口期，火星到地球的直線距離最短，因而探測火星所需時間短、所攜燃料少、成本也更低。

面對這個錯過要等 26 個月的火星探測良機(jī)，阿聯(lián)酋沿軌道巡航的“希望號”火星探測器已于本周一順利發(fā)射，而美國“毅力號”火星車暫定于本月 30 日發(fā)射。

作為本輪火星探測競賽第二位出場的選手，總重約 5 噸的“天問一號”作為世界領(lǐng)先探測器之一，設(shè)計更為獨特，包括：

一架軌道飛行器，置有探測火星地形地貌、巖石分布和氣候變化的 7 臺科學(xué)儀器；在火星車探測期間還將作為通信中繼器；
一個著陸器，將完成進(jìn)入大氣減速下降、落火、延伸坡道等一系列動作，以便火星車駛向火星表面；
一輛火星漫游車，置有 6 臺科學(xué)儀器，將探測火星地下土壤分布和成分，并探究地下水是否有分布。

三部分中，最值得關(guān)注的是火星漫游車，這也是中國首輛火星車，將對火星進(jìn)行全方位的探測。

火星車重量約 240 公斤，為“毅力號”的四分之一，以太陽能電池為動力，設(shè)計壽命 90 天，但可正常使用 2-3 年。其頂端有避障的全景相機(jī)和可識別礦物質(zhì)成分的多光譜相機(jī)，另配有 4 個太陽能電池板、探測雷達(dá)、磁場探測儀和氣象測量儀。

就在昨日，“天問一號”1:1 火星車正式對外發(fā)布，其征名工作也已面向全世界展開。

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整體上，“天問一路”探火的主要目的在于——采集火星影像、探測表面物質(zhì)及構(gòu)成、內(nèi)部地質(zhì)結(jié)構(gòu)、火星氣象與環(huán)境等。

探測器“問天”，主要有三步，首先是軌道飛行器環(huán)繞火星探測。

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接著，著陸器將軟著陸并進(jìn)行定點探測，預(yù)計將于 2021 年 4 月 23 日登陸。

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最后，火星車將開始為期 90 余天的非定點巡視探測。

可見，這一任務(wù)將一次性完成“繞-落-巡”三步，其意義非凡——按計劃，這將是全球首次探測火星就實現(xiàn)軟著陸的任務(wù)。若任務(wù)順利完成，中國必將躋身太空探索領(lǐng)域領(lǐng)先者之列。

與此同時，此次搭載“天問一號”探測器升空的長征五號遙四運載火箭實力也不容小覷。

長征五號遙四運載火箭體型巨大，長約 57 米，起飛重量約 870 噸，箭體直徑 5 米，而此前我國現(xiàn)役火箭箭體直徑最大的僅有 3.35 米。

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而作為我國現(xiàn)役運載能力最強(qiáng)的火箭，其起飛推力超過 1000 噸、運載能力近 25 噸，將我國現(xiàn)役火箭的運載能力提升了 2.5 倍。

火星探測本就是航天領(lǐng)域的一大難點，完成“天問一號”任務(wù)的火箭也非長征五號遙四運載火箭莫屬。

今天，「胖五」再次出征，也創(chuàng)下了兩個首次：

長征五號系列運載火箭首次應(yīng)用性發(fā)射；
我國運載火箭首次執(zhí)行地球-火星轉(zhuǎn)移軌道發(fā)射任務(wù)。

此外值得一提的是，火星探測任務(wù)對于測控通信系統(tǒng)而言也是一大考驗。基于此，“天問一號”將使用我國獨立的深空網(wǎng)，而西安衛(wèi)星測控中心喀什深空站、佳木斯深空站將提供全程測控支持。

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雷鋒網(wǎng)了解到，上述兩大深空站已攜手完成包括嫦娥三號、嫦娥四號等在內(nèi)的多次測控任務(wù)。

挑戰(zhàn)，前所未有

早在戰(zhàn)國時期，火星在人們心中就頗具神秘感。

正所謂“熒熒火光，離離亂惑”，火星被古人稱為「熒惑」，被認(rèn)為是戰(zhàn)爭、死亡的代表。

千百年來，人們對這顆紅色星球的好奇心從未消失，但火星探測絕非一蹴而就，直到 4 年前，中國火星探測計劃才正式提上日程。

2016 年 1 月 11 日，中國火星探測任務(wù)正式立項，在 2020 年左右發(fā)射一顆火星探測器的想法埋下了種子。

經(jīng)三年努力，2019 年 10 月 11 日，中國火星探測器亮相。一個月后，中國火星探測任務(wù)也首次公開。

2020 年 4 月 24 日，中國行星探測任務(wù)被命名為“天問”，首次火星探測任務(wù)被命名為“天問一號”。

這之后，“天問一號”任務(wù)進(jìn)入最后的準(zhǔn)備階段，等待 26個月一遇的「探火」良機(jī)。

盡管航天人為了確保我國首次火星探測任務(wù)順利完成，在前期盡全力攻堅克難，但火箭成功發(fā)射僅意味著第一步成功邁出，一切才剛剛開始。

可以說，這次任務(wù)“持續(xù)時間長、風(fēng)險環(huán)節(jié)多、實施難度大”，面臨的挑戰(zhàn)是前所未有的。畢竟，一次性實現(xiàn)“繞-落-巡”三大任務(wù)，這在世界航天史上還是首次。

此次任務(wù)之難，主要在于以下幾個層面。

其一，即便在窗口期，火星也依舊是一顆遙遠(yuǎn)的星球，探測器攜帶有限燃料出遠(yuǎn)門，為探測器飛行軌道的精密設(shè)計提了很高的要求。

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其二，若探測器經(jīng)過 6-7 個月漫漫旅途后順利進(jìn)入火星軌道，能否被火星捕獲也是一大難點，切入點的遠(yuǎn)近直接關(guān)系到探測器是被捕獲、掠過火星還是墜毀。

其三，整個任務(wù)最大的挑戰(zhàn)便是如何成功著陸火星。探測器將 4.8km/s 的速度降到 0，需要 7 分鐘左右，而這個過程也常被稱為「恐怖 7 分鐘」。何時減速、進(jìn)入大氣的姿態(tài)與角度如何，都需要精準(zhǔn)控制，但鑒于人類對火星的認(rèn)知不足，加之地火之間單程無線電信號的延時問題，依靠地面指揮實屬不易。

對此，北京航天飛行控制中心首次火星探測任務(wù)型號總師崔曉峰曾表示：