中國(guó)2020年“探火”，首次“登火”難度何在?

中國(guó)2020年向火星出發(fā)，并將沖擊一項(xiàng)世界紀(jì)錄。

昨日，中國(guó)火星探測(cè)又一次引發(fā)關(guān)注。在山東舉辦的2019軟件定義衛(wèi)星高峰論壇上，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)探月工程首任首席科學(xué)家歐陽(yáng)自遠(yuǎn)在報(bào)告中透露：中國(guó)將于2020年探測(cè)火星。

歐陽(yáng)自遠(yuǎn)表示，此次中國(guó)將通過火星衛(wèi)星、火星著陸器、火星車聯(lián)合探測(cè)火星，目前火星車已做好。航天專家表示，中國(guó)計(jì)劃在一次火星任務(wù)中完成“繞”“落”“巡”三大任務(wù)，在航天史上史無前例。

中國(guó)2020年“探火”，這一計(jì)劃已非首次披露。去年9月，在首屆世界公眾科學(xué)素質(zhì)促進(jìn)大會(huì)“太空探索與人類未來”分論壇上，國(guó)家航天局系統(tǒng)工程司司長(zhǎng)李國(guó)平就曾“官宣”，我國(guó)將在2020年和2028年左右進(jìn)行兩次火星探測(cè)，后一次將采樣返回。

李國(guó)平說，我國(guó)深空探測(cè)工程初步明確了四次任務(wù)。第一次任務(wù)是火星探測(cè)，計(jì)劃在2020年7月份發(fā)射火星探測(cè)器，預(yù)計(jì)經(jīng)過10個(gè)月的飛行，2021年到達(dá)火星，著陸火星表面并進(jìn)行巡視探測(cè)。其后，計(jì)劃2028年左右進(jìn)行第二次火星探測(cè)任務(wù)，并采集火星土壤返回地球。

去年，作為“探火工程”的火箭、探測(cè)器系統(tǒng)研制方，中國(guó)航天科技集團(tuán)也公布計(jì)劃，未來3年將實(shí)施我國(guó)首次火星探測(cè)，主要內(nèi)容為無人火星環(huán)繞和著陸巡視探測(cè)。

最新消息為今年4月18日，記者從2019年月球和深空探測(cè)國(guó)際學(xué)術(shù)研討會(huì)上獲悉，我國(guó)嫦娥五號(hào)、嫦娥六號(hào)和中國(guó)首個(gè)火星探測(cè)器等重大工程任務(wù)目前正組織開展。

中國(guó)航天科技集團(tuán)所屬中國(guó)空間技術(shù)研究院在會(huì)上介紹，該院正組織開展以上重大工程任務(wù)的研制，并將發(fā)揮航天工程技術(shù)能力優(yōu)勢(shì)，支撐國(guó)家各級(jí)主管部門加快推進(jìn)無人月球科研站、小行星探測(cè)、火星和木星系探測(cè)、太陽(yáng)系邊際探測(cè)和行星際探測(cè)等一系列后續(xù)重大項(xiàng)目的規(guī)劃及實(shí)施。

另外，我國(guó)還計(jì)劃進(jìn)行小行星探測(cè)，在2030年前后開展木星系探測(cè)和行星系探測(cè)。

釋疑1

中國(guó)為何選擇明年“探火”?

“探火”時(shí)間有講究，2年一次窗口期

每隔兩年，全球都會(huì)迎來一次火星探測(cè)小高潮。

面向2020年，全球多個(gè)火星探測(cè)器已經(jīng)整裝待發(fā)。全國(guó)空間探測(cè)技術(shù)首席科學(xué)傳播專家龐之浩介紹，明年可能是史上最密集的火星探測(cè)期，已有5個(gè)國(guó)家宣布了“探火計(jì)劃”。除中國(guó)外，美國(guó)計(jì)劃發(fā)射新型火星探測(cè)車，歐空局計(jì)劃發(fā)射ExoMars火星車，印度、阿聯(lián)酋也計(jì)劃2020年向火星送出探測(cè)器。

這是因?yàn)?，根?jù)地球與火星位置的關(guān)系，每26個(gè)月火星會(huì)有一次距離地球最近的機(jī)會(huì)，這也是發(fā)射火星探測(cè)器的最佳時(shí)間窗口。在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)發(fā)射火星探測(cè)器，將節(jié)省大量燃料，縮短抵達(dá)月球的時(shí)間。2020年就將迎來一個(gè)窗口期，大約1個(gè)月。“如果沒有把握好窗口，就只能再等兩年。”龐之浩說，美國(guó)洞察號(hào)探測(cè)器原計(jì)劃2016年發(fā)射，因一個(gè)儀器的故障，不得已推遲到2018年才升空。

歐陽(yáng)自遠(yuǎn)透露，我國(guó)已完成火星探測(cè)軌道設(shè)計(jì)、測(cè)控通信、自主導(dǎo)航、表面軟著陸等關(guān)鍵技術(shù)的科研攻關(guān)，為我國(guó)自主火星探測(cè)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

釋疑2

首次“登火”難度何在?

“相當(dāng)于從巴黎擊出一只高爾夫球，落在東京的一個(gè)洞里”

據(jù)相關(guān)部門公開信息，中國(guó)首次火星探測(cè)將實(shí)現(xiàn)軟著陸，在火星表面釋放火星車，開展巡視探測(cè)。對(duì)比嫦娥探月工程，嫦娥一號(hào)、二號(hào)實(shí)施繞月，嫦娥三號(hào)才實(shí)現(xiàn)軟著陸。我國(guó)火星探測(cè)則將一次性走完探月的三步。

這在世界航天史上是史無前例的。龐之浩介紹，此前，只有美國(guó)在一次火星任務(wù)中同時(shí)完成“繞”和“落”，歐洲曾兩次嘗試“繞”和“落”，最終都沒有成功實(shí)現(xiàn)“落”。而中國(guó)計(jì)劃在一次火星任務(wù)中完成“繞”“落”“巡”三大任務(wù)，難度非常大。

據(jù)媒體報(bào)道，至今全球火星探測(cè)成功率大約為40%，火星因此有“航天器墳場(chǎng)”之稱。龐之浩介紹，最危險(xiǎn)的環(huán)節(jié)在于進(jìn)入火星軌道和著陸兩個(gè)階段。

“什么時(shí)候‘剎車’進(jìn)入火星軌道，進(jìn)入軌道的角度是多少，何時(shí)打開降落傘，何時(shí)切斷降落傘……每個(gè)環(huán)節(jié)都步步驚心，都需要精準(zhǔn)計(jì)算。”龐之浩說，航天器著陸7分鐘被稱為“恐怖7分鐘”。

由于距離越遠(yuǎn)信號(hào)越弱，同時(shí)地火的距離還帶來至少10分鐘的信號(hào)延時(shí)，探測(cè)器進(jìn)入火星軌道和著陸的那段關(guān)鍵時(shí)間，只能依靠研究人員提前輸入的數(shù)據(jù)，由探測(cè)器進(jìn)行自主判斷。

火星探測(cè)與月球探測(cè)最大的不同，在于距離的懸殊。地月平均距離為38萬(wàn)公里，而地火最近距離為5500萬(wàn)公里，最遠(yuǎn)為3億-4億公里，這對(duì)測(cè)控能力有極高的要求。有人比喻，讓火星探測(cè)器精準(zhǔn)著陸，相當(dāng)于從巴黎擊出一只高爾夫球，落在東京的一個(gè)洞里。

面對(duì)“探火”的種種難度，中國(guó)已做了大量準(zhǔn)備工作，數(shù)次成功的探月任務(wù)也奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。首先，發(fā)射火星探測(cè)器需要大推力運(yùn)載火箭，我國(guó)長(zhǎng)征五號(hào)火箭已具備這樣的能力;其次，針對(duì)超遠(yuǎn)距離的測(cè)控，我國(guó)已經(jīng)建成深空測(cè)控站，并在嫦娥二號(hào)拓展任務(wù)中實(shí)現(xiàn)了超過1億公里的測(cè)控;再次，探月取得的成功，幫助中國(guó)在著陸、巡視技術(shù)等領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。

“中國(guó)火星探測(cè)起步晚，但起點(diǎn)高，所以效率也會(huì)比較高。雖然很難，還是有信心的。”龐之浩說。

釋疑3

首次“探火”要做什么?

探測(cè)火星過去、現(xiàn)在的生命信息

中國(guó)火星探測(cè)器去火星肩負(fù)了什么任務(wù)?中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)工程總設(shè)計(jì)師張榮橋此前介紹，首次火星探測(cè)任務(wù)要探測(cè)火星的形貌、土壤、環(huán)境、大氣，研究火星上的水冰分布、物理場(chǎng)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

歐陽(yáng)自遠(yuǎn)表示，火星探測(cè)的科學(xué)問題主要有三個(gè)方面：其一是探測(cè)火星上的生命活動(dòng)信息，包括火星上現(xiàn)在生命的信息、過去是否存在過生命、火星生命生存的條件和環(huán)境等。

其二，是火星本體科學(xué)的研究，為研究火星積累資料，主要包括火星磁層、電離層與大氣層的探測(cè)與環(huán)境科學(xué)，火星地形地貌特征與分區(qū)，火星表面物質(zhì)組成與分布，地質(zhì)特征與構(gòu)造區(qū)劃，火星內(nèi)部結(jié)構(gòu)、成分、內(nèi)稟磁場(chǎng)探測(cè)等。

其三，是探討火星的長(zhǎng)期改造與今后大量移民、建立人類第二個(gè)棲息地的前景，為人類社會(huì)的持續(xù)發(fā)展服務(wù)。

歐陽(yáng)自遠(yuǎn)說，火星表面有很多古河床，證明以前有河流，然而如今表面沒有天然水存在，中國(guó)將探測(cè)火星地下水的分布。

釋疑4

移民火星要過幾重關(guān)?

短則百年，需等待核動(dòng)力火箭革命性技術(shù)

隨著SpaceX創(chuàng)始人埃隆·馬斯克對(duì)“移民火星”不遺余力的宣傳，這個(gè)科幻命題似乎觸手可及。但在龐之浩看來，移民火星非常困難，僅停留在構(gòu)想階段。

載人登陸火星目前還面臨技術(shù)難題。由于飛往火星單程至少7個(gè)月，要攜帶大量的生命保障資源，需要更強(qiáng)大的火箭和飛船。對(duì)執(zhí)行任務(wù)的航天員來說，長(zhǎng)期飛行會(huì)導(dǎo)致肌肉萎縮、骨質(zhì)脫鈣，輻射也會(huì)對(duì)身體造成影響。

宇航界有人提出利用核動(dòng)力火箭，有可能解決這些問題。龐之浩說，目前常規(guī)火箭飛行速度為每小時(shí)2萬(wàn)公里，而核動(dòng)力火箭能達(dá)到8萬(wàn)多公里，一兩個(gè)月就能到達(dá)火星，“但核動(dòng)力研制難度很大，人類想在2030年登陸火星，都是很難的事情。”

除了運(yùn)輸工具火箭，人類登陸火星或許還需要一個(gè)中轉(zhuǎn)基地，月球正是最佳選項(xiàng)，這就需要事先進(jìn)行基地建設(shè)。此外，移民前還需要改造火星，將其改造為適宜大量人口居住的環(huán)境。

“現(xiàn)在討論火星移民有點(diǎn)太樂觀，需要技術(shù)的革命性進(jìn)展。有人說，樂觀地看需要100年，不樂觀需要800年。”龐之浩說，但現(xiàn)在開始構(gòu)想也非常必要，因?yàn)槲磥淼厍蚧蛟S會(huì)面臨人口爆發(fā)、資源枯竭等威脅，太空移民事關(guān)人類生存。

關(guān)鍵詞： 火星探測(cè)器