據(jù)國家航天局消息，5月15日7時18分，經(jīng)由航天科技集團研制研發(fā)的火星探測器天問一號，經(jīng)歷了十個月的太空旅行后，攜帶其著陸巡視器成功著陸火星烏托邦平原。至此，中國成為了全球繼美國后，第二個成功登陸火星的國家。
“天問一號”探測器總重約為5噸，由環(huán)繞器和著陸巡視器組成，著陸巡視器主要包括進入艙和“祝融號”火星車。該探測器于2020年7月從我國南部的文昌航天發(fā)射場發(fā)射升空。
祝融號火星車重240公斤，攜帶有地形相機、多光譜相機、次表層探測雷達、磁強計以及成分探測儀等共6臺科學有效載荷。
近些年，各國密集開展了各種火星探測計劃，除了天問一號，美國和沙特去年同一時間也相繼發(fā)射了火星探測器。美國的探測器已于三個月前登陸火星，相比之下，我國的天問一號早發(fā)射卻晚登陸，完登陸的三個月其實包含著“大學問”。
一、經(jīng)歷“恐怖七分鐘”，實現(xiàn)了“巨大飛躍”
▲天問一號著陸火星完整演示
從進入火星大氣到著陸火星表面是整個火星著陸過程中最為驚險的時刻。天問一號任務火星著陸分為氣動減速、傘系減速、動力減速、懸停避障與緩速下降四個階段，歷時“恐怖七分鐘”。
火星目前距離地球超過3億公里，天問一號發(fā)出的訊號需要約18分鐘才能傳送到地球，因此科學家無法作出實時監(jiān)察或操控，天問一號必須完全依靠自身計算機獨立完成著陸全過程。
天問一號由軌道器、著陸器和巡視器組成，著巡組合體放置于氣動外罩之中。15日凌晨4時，軌道器首先與著巡組合體分離，它將繼續(xù)繞著火星飛行，為著陸器和地球提供中繼通信。
經(jīng)過3小時后，在大約125公里的高度，著巡組合體以11.2°的進入角和4.8公里/秒的速度進入火星大氣。
火星大氣的密度不到地球大氣密度的百分之一，這意味著大氣對探測器的減速效果會很不好。雖然大氣稀薄，但快速的降落摩擦還是會產生極強的氣動加熱效應，這將直接導致探測器表面的溫度升高至2000度。
經(jīng)過5分鐘的大氣減速后，降落傘打開，探測器會進一步充分減速，大約40秒后，隔熱盾拋離，速度降為250米/秒。
到了距離火星表面1.5公里時，降落傘和氣動外罩的上部分一同被拋離，并啟動反推火箭進行減速。到了高度為100米時，著巡組合體懸停在空中，它所攜帶的雷達和光學相機將會尋找合適的降落點。
最終，天問一號于7時18分穩(wěn)穩(wěn)地降落于烏托邦平原25.1°N 109.9°E位置處。所攜帶的“祝融號”成為人類史上第六臺探索火星表面的火星車。
意大利博洛尼亞射電天文學研究所的行星科學家奧羅西表示，”祝融”火星車著陸成功，就意味著中國只用一次任務就實現(xiàn)了美國耗費數(shù)十年歷經(jīng)多次任務實現(xiàn)的目標，”這是巨大的飛躍”。
二、火星探測上演“三國演義”，跑得慢并不是實力弱
前蘇聯(lián)、俄羅斯、英國等多國過去都嘗試進行火星著陸任務，但除了中國外至今只有美國成功。前蘇聯(lián)在1960至1970年代多次嘗試派出探測器在火星著陸，最終全數(shù)失敗。而美國的維京一號在1976年降落火星，是首個成功降落的探測器。
天問一號是中國第二個主要的火星探測任務，上一個任務是2011月與俄羅斯合作的螢火一號，原本計劃會環(huán)繞火星運行并收集數(shù)據(jù)，但搭載著螢火一號的俄羅斯火箭出現(xiàn)異常，令螢火一號無法離開地球軌道，最終掉回地球大氣層燒毀。
地球跟火星的平均距離是2.25億公里，最近距離低至5500萬公里，最遠距離則高達4億公里。再加上各種因素，火星探測器的發(fā)射有著最佳的“窗口期”。而距今最近的發(fā)射窗口便是天問一號的發(fā)射日期，2020年七月。彼時，有三個國家前后發(fā)射了三艘火星探測器，分別是阿聯(lián)酋的第一個火星探測器“希望號”，于2020年7月20日發(fā)射；我國的“天問一號”，于7月23日發(fā)射；美國NASA的“毅力號”，于7月30日發(fā)射。
2021年2月10日19時52分，經(jīng)過6個半月的飛行之后，天問一號順利完成“剎車”減速，進入環(huán)火星軌道，成為我國首顆人造火星衛(wèi)星。幾天后，毅力號也在2021年2月18日抵達火星。
不同的是，毅力號火星車在抵達火星當天就直接著陸了，而天問一號則先繞行了火星三個月，今天才正式著陸。
為什么會這樣呢？主要原因有三個，
首先，天問一號是我國發(fā)射的首個火星探測器，全球首次選擇一次性完成“環(huán)繞、著陸、巡視”三步走探測方案。天問一號由環(huán)繞器、著陸平臺和火星車三件套組成，環(huán)繞器進入環(huán)火星軌道之后可以一直帶著著陸巡視組合體，有充足的時間來選擇合適的著陸時機。
▲天問一號“繞”“著”“巡”三位一體
相比之下，NASA的毅力號沒有環(huán)繞器，用的是一個巡航級帶著氣動外罩（里面塞著火星車）飛往火星，也沒有進入環(huán)火星軌道的設計。等飛到了火星附近，巡航級一扔，無枝可依的氣動外罩只能立刻扎進火星大氣層開始著陸，沒法等待。
那沒有環(huán)繞器，NASA的通訊中繼怎么辦？這倒不是毅力號不需要通訊中繼，主要是美國已經(jīng)發(fā)射了許多火星探測器，現(xiàn)在在火星軌道上工作的環(huán)繞器還有好幾個，完全夠用。
▲天問一號（左）和毅力號（右）探測器
其次，還是因為天問一號是我國第一個探測器，相比于美國巨量的發(fā)射經(jīng)驗，很多東西我們得現(xiàn)場摸索，穩(wěn)扎穩(wěn)打?；鹦堑孛矎碗s，天問一號到達火星之后，先要對火星地貌進行高分辨率成像，以找出合適的著陸點。NASA已經(jīng)花費很長時間為備選著陸區(qū)積累高分辨率影像數(shù)據(jù)，也就是說，毅力號在出發(fā)之前就已經(jīng)手握一份著陸區(qū)高清地圖了。
最后，看過電影《火星救援》的小伙伴們都知道，火星上有著全球性的沙塵暴。1971年蘇聯(lián)火星2號和火星3號抵達火星時，就正好趕上火星全球性的沙塵暴。結果不僅環(huán)繞器沒拍到啥東西，著陸車也直接失敗。
▲火星沙塵暴
祝融號這種使用太陽能供電的火星車，更是得比用核電池的毅力號更加謹慎一些才行。即使沙塵暴沒有破壞火星車的裝置，單憑遮擋太陽光這一點火星車就已經(jīng)受不了了。
2018年6月，火星經(jīng)歷了一場全球性的大型沙塵暴，使用核電池的好奇號火星車平安挺過，使用太陽能的機遇號火星車直接報銷。
此前的觀測數(shù)據(jù)顯示，每年的火星春天至夏天期間，北半球都沒有出現(xiàn)過沙塵暴。目前的火星較為平靜，天問一號在5月中旬降落火星是最為穩(wěn)妥的。
另外值得一提的是，太陽能供電的火星車并不比核動力火星車“低級”。機遇號在火星上馳騁探測了14年，至今保持著最長壽的火星車紀錄，要不是因為沙塵暴還能再戰(zhàn)。相比之下，工作了8年多的好奇號已經(jīng)老態(tài)龍鐘，估計破記錄無望了。
三、移民火星？No！天問只為科學
馬斯克曾公開表示有向火星移民100萬人的計劃，世界各國火星探測計劃也密集發(fā)布，仿佛已經(jīng)開始了火星上的跑馬圈地。
但是，天問一號的職責可不是為了火星移民。國家航天局等有關單位對天問一號的發(fā)射目標有明確的說明，即探測火星地形地貌、火星磁場、地下水、土壤成分和分布、火星大氣層以及氣候變化。
從更大的深空探測范圍看，NASA曾組織權威專家討論撰寫了兩個重要文件：《太陽系探索路線圖》和《天體生物學戰(zhàn)略2015》。這兩項文件中全面論述了探索太陽系以及探索地外生命的目的和方法。
在《太陽系探索路線圖》中明確闡述了五個科學目標：太陽系的行星和小天體是如何起源的？太陽系是如何演化到目前這般不同的狀態(tài)的？同在太陽系誕生，為什么地球、火星、金星和水星現(xiàn)在的狀態(tài)如此不同？導致生命起源的太陽系特征是什么？生命是如何在地球上起源和演化的？在太陽系的其他地方也有生命嗎？太陽系環(huán)境中有哪些會影響人類在太空生存的災害和源頭？
在國內外深空探測主管部門的官方文件中，從未提及向地外天體移民的意向。
既然不是為了移民，為什么都要探索火星？
人類使用空間探測器進行火星探測的歷史幾乎貫穿整個人類航天史。幾乎就在人類剛剛有能力掙脫地球引力飛向太空的時候，第一個火星探測器也開始了它的旅程。最早期的探測器幾乎都失敗了，而火星探測也就是在一次又一次的失敗中不斷前進。
從1964年“水手4號”火星探測器發(fā)射、1965年傳回第一張火星表面照片開始，50多年時間里，人類已先后開展了50余次火星探測。
雖然如此，就目前的探測水平來看，各國都遠遠達不到對火星探測清晰明了的程度，更談不上是對火星上資源的爭奪。
之所以現(xiàn)在各國都爭相進行火星探索，是因為相比于其他太陽系內的星球，火星更具有科學探索價值和條件?；鹦请x地球比較近，我們的探測器能夠到達。此外其他星球，如金星的條件太過惡劣，通過探測金星來搞清一些重大科學問題，技術難度也比較大。綜合考量下來，火星探索的可行性更大，但絕不是要去移民火星。
從科學價值來看，火星能反映出很多問題，對人類了解地球會有幫助。比如為什么同在太陽系，各個行星演化的結果卻有所不同？如果能找到何種原因導致各大行星演化結果的不同，那么我們就能更好地了解地球演化的過去。我們通過對其他天體的探測考察，能夠找到更多與地球有關的答案。
火星表面有縱橫的溝渠，或許火星過去表面也遍布河流、海洋。有水，就可能有生命；有生命，就有可能有智慧生命，有“火星人”。但是，為什么現(xiàn)在的火星一片“死寂”？是星球本身的變化還是“火星人”的作死破壞？如果真的是這樣，地球會不會重蹈覆轍？這世界有太多秘密值得我們去探索。
▲火星河流遺跡
仰望星空是為了更好的腳踏實地，“天問一號”的成功，不僅是我國科學技術界的一大勝利，也將成為世界科學史的一個里程碑。
