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当我们谈论天问一号时，我们谈些什么

2020/07/23

导读

乘骐骥以驰骋兮，来吾道夫先路！

执行中国首次火星探测任务（行星探测工程“天问一号”任务）的“长征五号”遥四运载火箭

（图源：中国航天，摄影：崔岳豪史啸）

撰文 | 吴寅昊

编辑 | 陈晓雪

在不平凡的2020年，人类探索深空的脚步并没有停歇。就在刚刚，中国第一个火星探测卫星—— “天问一号” 在万众期待中如约升空了，这距离中国火星探测任务正式立项也才4年多的时间。

那么，当我们讨论天问一号时，我们应该谈些什么呢？在这里，我将从历史意义、航天技术、科学目标等方面着手，带领大家更好地来了解这次天问一号的发射。

为什么是火星？

从科学角度，火星可以看做宇宙赐给地球的天然实验室。

科学研究表明，在大约40亿年前，火星的气候应该类似于地球，但最终因为某种原因变成了现在的模样。在那个时候，河流在火星上蜿蜒流淌，星罗棋布的湖泊嵌在火星表面，甚至有可能存在着海洋。这些研究意味着火星具备产生生命所必备的元素，或许，火星曾经也存在着生命？

此外，与南极类似，火星上空也存在着一个巨大的臭氧空洞。探索火星臭氧空洞形成的原因，以及臭氧空洞对火星造成的后果，都对地球的未来有着重要参考意义。

火星是除了金星以外和地球最近的邻居。相比于金星表面近500摄氏度的高温，火星表面显然更适宜人类居住。显然，探索火星就是在寻找人类的第二个家园。

无数的中外文学和影视作品，都曾幻想过人类在火星建立起殖民地的那一刻。大家所熟悉的《火星救援》，就描述了未来人类登陆火星摄人心魄的那一刻。“帆布所剩不多，只有一些破烂还在大洞边缘漂浮着，这让他有了一个全无阻碍的视角来看火星。红色行星上布满撞击坑，似乎无止境地向远方伸展着，它那稀薄的大气层像薄膜一样裹在边缘。在历史上，只有18个人亲眼目睹过这个景象。” 这是在安迪·威尔著作《火星救援》一书中主人公即将获救时透过飞船顶上的大洞凝视火星的场景，在这本书里，人类成功登陆了火星。

为什么是现在发射？

就像地球有着近日点和远日点一样，火星也有它的近地点和远地点。每隔26个月，火星都会到达它的近地点，太阳、地球和火星位于同一条直线上，这时地球和火星之间的距离最短，这个天文现象被称作“火星冲”。

在望远镜问世后，天文学家对于火星表面的观测大都来自于火星冲期间。进入二十世纪，随着人类航天技术的发展，人类已经不满足于透过望远镜看火星了。然而，无论是从难易程度亦或是经济角度去考虑，火星冲依然是火星探测活动最好的窗口。

现如今，在火星的上空或表面仍旧有8个探测器在运行并源源不断地向地球传输数据，它们分别是2001年发射的美国的奥德赛号、2003年发射的欧洲火星快车号、2005年发射的美国火星勘测轨道飞行器、2011年发射的美国好奇号火星车、2013年印度发射的曼加里安号轨道器、2013年发射的美国大气专家号、2016年发射的欧洲微量气体探测器以及2018年发射的美国洞察号。

目前正处在2020年的火星冲期间，除了天问一号之外，阿联酋的希望号火星探测器已经在三天前发射升空了，nasa 的毅力号火星车将在7月30日发射。此外，欧空局和俄罗斯宇航局合作的 exomars 2020 火星探测任务也原本计划于今年火星冲期间发射，但由于种种原因，欧空局和俄罗斯宇航局在今年3月宣布任务延期。这次延期意味着要至少再等两年了，值得一提的是，这已经不是 exomars 第一次延期了，它原本的名字叫做…… exomars 2009。

天问一号的任务是什么？

天问一号是中国行星探测任务 “天问” 系列的首次任务，天问二字源于屈原的长篇《天问》，寄托了中华名族对自然的向往和不懈的追求。

国家航天部门希望将通过天问一号实现火星环绕、着陆和巡视，对火星开展全球性、综合性的环绕探测，在火星表面开展区域巡视探测。

而在科学方面，科学家们希望能够借助天问一号的探测数据，对火星形貌与地质构造特征、火星表面土壤特征与水冰分布、火星表面物质组成、火星大气电离层及表面气候与环境特征、火星物理场与内部结构等课题进行深入的研究。

作为中国深空探测的先导者，在航天技术领域，天问一号将检验我国重型运载火箭的探测能力，并且对我国深空导航技术和保障能力提出严峻考验，同时也将挑战我国的深空通信技术以及航天器的自主着陆能力。

这次发射对于中国航天事业有何意义？

上世纪90年代以来，随着社会发展以及国家的重视，中国在载人航天、空间站、对月探测等方面取得了突破性的进展，可以说是仅次于美国和俄罗斯（继承了前苏联的遗产）的航天大国。而这次天问一号的发射，则意味着中国将航天技术迈向一个新的领域——深空探测。

在深空探测上，美国和前苏联在上世纪六十年代开始就着手准备了，并且在上世界六七十年代就取得了成功。随后，欧洲、日本和印度都开始发展自己的深空探测。其中，印度在2013年发射曼加里安号，成为目前唯一一个首次探测火星就大获成功的国家—— 虽然曼加里安号只是一个轨道器，并没有登陆火星。前边我们也提到了，三天前阿联酋也发射了他们的希望号火星探测器，按计划，希望号不会着落在火星表面，而是会以55小时每周的速度在距火星表面2万至4万公里的轨道上绕行火星。

这次我们发射的天问一号由一架轨道飞行器和一辆火星车构成，计划于2021年着陆火星。按照规划，本次天问一号的发射属于中国火星探测计划的第三个阶段。计划共有四个阶段，前两个阶段完成了科学目标的指定、航天技术的研发、火星环境的探测等任务，属于准备阶段。而在未来的第四阶段，中国计划逐步成立火星表面观察站、发展飞行器穿梭地球与火星、并且建立火星基地供机械探测器进入。这也意味着，中国的火星探测计划的最终目标是为人类登陆火星打下基础，以期建立火星基地。

然而，在深空探测这个领域上，中国还是一个初出茅庐的新手，我们面临着许多挑战。在广袤无垠的宇宙空间中的7个月旅程里，天问一号将受到宇宙中高能粒子带来的辐射、太阳风等离子体、电磁辐射等威胁，而在即将抵达火星之时，天问一号又会受到火星电离层、中性大气、表面辐射的考验。

天问一号标志着中国深空探测的从0到1，这之后，我们还有很长的路要走。天问一号正如《天问》的作者屈原在自己的另一篇名作《离骚》中说的那样，“乘骐骥以驰骋兮，来吾道夫先路！”

参考文献：

[1].李春来，刘建军，耿言，等. 中国首次火星探测任务科学目标与有效载荷配置[j]. 深空探测学报， 2018，5（5）：406-413.

[2].王晶晶. 火星探测任务面临的深空空间环境 | calling太空，中科院之声，https://mp.weixin.qq.com/s/ipjdgoqvxnlnj5rm32y3fa

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