中國2020年“探火”，首次“登火”難度何在?

中國2020年向火星出發(fā)，并將沖擊一項世界紀錄。

昨日，中國火星探測又一次引發(fā)關(guān)注。在山東舉辦的2019軟件定義衛(wèi)星高峰論壇上，中國科學院院士、中國探月工程首任首席科學家歐陽自遠在報告中透露：中國將于2020年探測火星。

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

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

李國平說，我國深空探測工程初步明確了四次任務(wù)。第一次任務(wù)是火星探測，計劃在2020年7月份發(fā)射火星探測器，預(yù)計經(jīng)過10個月的飛行，2021年到達火星，著陸火星表面并進行巡視探測。其后，計劃2028年左右進行第二次火星探測任務(wù)，并采集火星土壤返回地球。

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

最新消息為今年4月18日，記者從2019年月球和深空探測國際學術(shù)研討會上獲悉，我國嫦娥五號、嫦娥六號和中國首個火星探測器等重大工程任務(wù)目前正組織開展。

中國航天科技集團所屬中國空間技術(shù)研究院在會上介紹，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，支撐國家各級主管部門加快推進無人月球科研站、小行星探測、火星和木星系探測、太陽系邊際探測和行星際探測等一系列后續(xù)重大項目的規(guī)劃及實施。

另外，我國還計劃進行小行星探測，在2030年前后開展木星系探測和行星系探測。

釋疑1

中國為何選擇明年“探火”?

“探火”時間有講究，2年一次窗口期

每隔兩年，全球都會迎來一次火星探測小高潮。

面向2020年，全球多個火星探測器已經(jīng)整裝待發(fā)。全國空間探測技術(shù)首席科學傳播專家龐之浩介紹，明年可能是史上最密集的火星探測期，已有5個國家宣布了“探火計劃”。除中國外，美國計劃發(fā)射新型火星探測車，歐空局計劃發(fā)射ExoMars火星車，印度、阿聯(lián)酋也計劃2020年向火星送出探測器。

這是因為，根據(jù)地球與火星位置的關(guān)系，每26個月火星會有一次距離地球最近的機會，這也是發(fā)射火星探測器的最佳時間窗口。在這個時間點發(fā)射火星探測器，將節(jié)省大量燃料，縮短抵達月球的時間。2020年就將迎來一個窗口期，大約1個月。“如果沒有把握好窗口，就只能再等兩年。”龐之浩說，美國洞察號探測器原計劃2016年發(fā)射，因一個儀器的故障，不得已推遲到2018年才升空。

歐陽自遠透露，我國已完成火星探測軌道設(shè)計、測控通信、自主導(dǎo)航、表面軟著陸等關(guān)鍵技術(shù)的科研攻關(guān)，為我國自主火星探測奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

釋疑2

首次“登火”難度何在?

“相當于從巴黎擊出一只高爾夫球，落在東京的一個洞里”

據(jù)相關(guān)部門公開信息，中國首次火星探測將實現(xiàn)軟著陸，在火星表面釋放火星車，開展巡視探測。對比嫦娥探月工程，嫦娥一號、二號實施繞月，嫦娥三號才實現(xiàn)軟著陸。我國火星探測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，只有美國在一次火星任務(wù)中同時完成“繞”和“落”，歐洲曾兩次嘗試“繞”和“落”，最終都沒有成功實現(xiàn)“落”。而中國計劃在一次火星任務(wù)中完成“繞”“落”“巡”三大任務(wù)，難度非常大。

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

“什么時候‘剎車’進入火星軌道，進入軌道的角度是多少，何時打開降落傘，何時切斷降落傘……每個環(huán)節(jié)都步步驚心，都需要精準計算。”龐之浩說，航天器著陸7分鐘被稱為“恐怖7分鐘”。

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

火星探測與月球探測最大的不同，在于距離的懸殊。地月平均距離為38萬公里，而地火最近距離為5500萬公里，最遠為3億-4億公里，這對測控能力有極高的要求。有人比喻，讓火星探測器精準著陸，相當于從巴黎擊出一只高爾夫球，落在東京的一個洞里。

面對“探火”的種種難度，中國已做了大量準備工作，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)射火星探測器需要大推力運載火箭，我國長征五號火箭已具備這樣的能力;其次，針對超遠距離的測控，我國已經(jīng)建成深空測控站，并在嫦娥二號拓展任務(wù)中實現(xiàn)了超過1億公里的測控;再次，探月取得的成功，幫助中國在著陸、巡視技術(shù)等領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。

“中國火星探測起步晚，但起點高，所以效率也會比較高。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?

探測火星過去、現(xiàn)在的生命信息

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

歐陽自遠表示，火星探測的科學問題主要有三個方面：其一是探測火星上的生命活動信息，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與環(huán)境科學，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)稟磁場探測等。

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

歐陽自遠說，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，中國將探測火星地下水的分布。

釋疑4

移民火星要過幾重關(guān)?

短則百年，需等待核動力火箭革命性技術(shù)

隨著SpaceX創(chuàng)始人埃隆·馬斯克對“移民火星”不遺余力的宣傳，這個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個月，要攜帶大量的生命保障資源，需要更強大的火箭和飛船。對執(zhí)行任務(wù)的航天員來說，長期飛行會導(dǎo)致肌肉萎縮、骨質(zhì)脫鈣，輻射也會對身體造成影響。

宇航界有人提出利用核動力火箭，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2萬公里，而核動力火箭能達到8萬多公里，一兩個月就能到達火星，“但核動力研制難度很大，人類想在2030年登陸火星，都是很難的事情。”

除了運輸工具火箭，人類登陸火星或許還需要一個中轉(zhuǎn)基地，月球正是最佳選項，這就需要事先進行基地建設(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太樂觀，需要技術(shù)的革命性進展。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，因為未來地球或許會面臨人口爆發(fā)、資源枯竭等威脅，太空移民事關(guān)人類生存。

關(guān)鍵詞： 火星探測器