天問一號(hào)：在探火路上來一次“后發(fā)先至”

實(shí)習(xí)記者 于紫月

今年7月，火星探測迎來發(fā)射“窗口期”,，一旦錯(cuò)過,，就要等待近26個(gè)月。隨著這一關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的臨近,，籌劃了多年的中國首個(gè)火星探測項(xiàng)目，也終于有了自己的名字——“天問一號(hào)”,，中國行星探測任務(wù)則被命名為“天問（Tianwen）系列”,。

我國首次火星探測任務(wù)計(jì)劃于7月?lián)駲C(jī)在中國文昌航天發(fā)射場執(zhí)行。中國航天科技集團(tuán)五院火星探測器副總設(shè)計(jì)師賈陽此前表示,，此次探測任務(wù)目標(biāo)是通過一次發(fā)射,，實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸,、巡視探測目標(biāo),，開展對(duì)火星全球性和綜合性的探測，并對(duì)火星表面重點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行精細(xì)巡視勘察,。

一舉多得

少花錢多辦事

縱觀人類航天史,，人們似乎對(duì)火星“情有獨(dú)鐘”,，截至目前，全球共有40余次火星探測活動(dòng),，這是為何,？

中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員張偉在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)給出了答案：“火星是太陽系內(nèi)與地球特點(diǎn)最為接近的行星，是人類未來移民的首選地,?！?/p>

毋庸置疑，人類“第二家園”這一誘惑實(shí)在太大,?！盎鹦沁^去可能擁有過適合地球生命生存的環(huán)境條件?！睆垈ケ硎?，研究火星地質(zhì)、表面成分的長期演變過程,，巖石和空氣,、水的相互作用等，將有助于我們理解火星生命可能存在和消失的原因,，進(jìn)而分析和預(yù)測地球的未來,。

張偉介紹，人類探測火星的方式通常包括環(huán)繞,、著陸,、巡視、采樣返回,、載人登陸探測等,。今年“天問一號(hào)”一次發(fā)射同時(shí)要完成環(huán)繞、著陸,、巡視3種探測目標(biāo),，實(shí)屬“少花錢，多辦事”,。

一舉多得的背后,，是復(fù)雜的技術(shù)和較高的風(fēng)險(xiǎn)，國際上也鮮有先例,。美國海盜1號(hào),、海盜2號(hào)火星探測器曾通過一次發(fā)射實(shí)現(xiàn)了環(huán)繞、著陸兩種探測目標(biāo),；歐洲也曾進(jìn)行過類似的嘗試,，但并未成功，只實(shí)現(xiàn)了“一舉一得”,。

在中國航天科技集團(tuán)五院深空探測和空間科學(xué)首席科學(xué)家,、中國科學(xué)院院士葉培建看來,，我國首次火星探測任務(wù)實(shí)為“彎道超車”,。他在接受媒體采訪時(shí)曾表示,，我們?nèi)粝雽?shí)現(xiàn)超越，需要利用現(xiàn)有的技術(shù)實(shí)現(xiàn)“兩步并成一步走”,。事實(shí)上,，我國很早就開展了相關(guān)研究。此次我國火星探測環(huán)繞,、著陸,、巡視計(jì)劃如果能夠一步完成，這一跨越式方案將成為全球首次,。

多方合力

備戰(zhàn)探火“大考”

正如葉培建院士所言,，我國火星探測計(jì)劃籌謀已久。

“2010年8月,，8位院士聯(lián)名向國家建議,，開展月球以遠(yuǎn)深空探測的綜合論證，國家國防科技工業(yè)局立即組織專家開展了發(fā)展規(guī)劃和實(shí)施方案論證,?！敝袊鴩液教炀痔皆屡c航天工程中心深空探測總體部部長耿言曾撰文寫道，首次火星探測是深空探測的起點(diǎn)和重點(diǎn),，實(shí)施方案經(jīng)過三輪迭代和深化,，于2016年1月正式立項(xiàng)實(shí)施。

從此,，一場瞄準(zhǔn)火星的深空探測大戲正式拉開帷幕,。

首次火星探測任務(wù)由工程總體和探測器、運(yùn)載火箭,、發(fā)射場,、測控、地面應(yīng)用5大系統(tǒng)組成,。其中,，探測器、運(yùn)載火箭均由中國航天科技集團(tuán)抓總研制,。

2017年9月,，第三屆北京月球與深空探測國際論壇傳來消息，我國火星探測任務(wù)的相關(guān)載荷已經(jīng)基本確定,，涉及空間環(huán)境探測,、火星表面探測、火星表層結(jié)構(gòu)探測等領(lǐng)域,。

此次任務(wù)所采用的長征五號(hào)遙四火箭也已做好了充足準(zhǔn)備,。2020年1月,，長征五號(hào)遙四火箭大推力氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)順利完成了總裝出廠前的最后一項(xiàng)驗(yàn)證，標(biāo)志著這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)性能達(dá)到預(yù)定要求,，即將轉(zhuǎn)入火箭總裝階段,。

針對(duì)火星探測器的測控系統(tǒng)，是一種基于現(xiàn)有的航天測控網(wǎng)和深空測控網(wǎng),，包括北京航天飛行控制中心,、佳木斯66米口徑天線測控站等，對(duì)火星探測器進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視,、軌道測量,、飛行控制、在軌管理和應(yīng)急處置等的系統(tǒng),。2020年3月,，北京航天飛行控制中心完成火星探測任務(wù)無線聯(lián)試，充分驗(yàn)證了探測器與地面系統(tǒng)的接口匹配性和一致性,，對(duì)各類方案,、技術(shù)狀態(tài)、軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行了全面測試,，為任務(wù)順利開展打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),。

中國文昌航天發(fā)射場也正積極備戰(zhàn)中。2020年5月5日,，長征五號(hào)B運(yùn)載火箭首次飛行任務(wù)發(fā)射場區(qū)指揮部指揮長張學(xué)宇表示,，中國文昌航天發(fā)射場已經(jīng)具備了高密度發(fā)射實(shí)戰(zhàn)能力、高中低軌空間投送能力和任務(wù)并行測試發(fā)射能力,。當(dāng)前,，發(fā)射場系統(tǒng)將持續(xù)做好火星探測、嫦娥五號(hào)以及后續(xù)空間站建設(shè)階段飛行任務(wù)等重大航天發(fā)射任務(wù)的組織實(shí)施,，堅(jiān)決奪取疫情防控和航天發(fā)射任務(wù)“雙勝利”,。

地面應(yīng)用系統(tǒng)整體吊裝完成，備受矚目,。2020年4月25日,，由中國科學(xué)院國家天文臺(tái)承建的首次火星探測工程地面應(yīng)用系統(tǒng)，在天津成功實(shí)施完成70米天線反射體的整體吊裝,，中國首次火星探測工程副總設(shè)計(jì)師兼地面應(yīng)用系統(tǒng)總指揮李春來表示,，70米天線今年10月能完全具備火星探測的數(shù)據(jù)接收能力。

目前,，探測任務(wù)計(jì)劃正在有條不紊地進(jìn)行,，相關(guān)工作人員正加班加點(diǎn)，為即將到來的“大考”做準(zhǔn)備,。

難點(diǎn)眾多

挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存

根據(jù)火星與地球的運(yùn)動(dòng)關(guān)系,，再結(jié)合實(shí)際,，考慮到當(dāng)前運(yùn)載火箭的能力，就會(huì)發(fā)現(xiàn)每隔26個(gè)月才有一次有利的火星探測器的發(fā)射機(jī)會(huì),。

今年是全球火星探測的爆發(fā)期,。據(jù)了解美國、阿聯(lián)酋也計(jì)劃于今年發(fā)射探測器,，而此前同樣有此計(jì)劃的歐俄聯(lián)合火星探測任務(wù)因疫情等原因推遲到2022年,。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，至今全球火星探測成功率大約為40%,，原因在于火星探測工程難點(diǎn)眾多。

張偉表示,，火星探測最大的難點(diǎn)在于“恐怖7分鐘”——在進(jìn)入,、下降與著陸過程中，要在7分鐘內(nèi)將探測器的時(shí)速從2萬千米降低到零,。這需要融合多種減速手段才能實(shí)現(xiàn),，包括氣動(dòng)外形、降落傘和反推等,，也需要自主導(dǎo)航控制技術(shù)來保證,。

“再者，探測器從地球飛往火星需要200余天,，漫漫長路需要有可靠的通信,。”張偉告訴科技日?qǐng)?bào)記者,，除此之外,，在一定體積和重量約束的前提下，火星探測器還要充分提高能源的利用率,，包括高效多結(jié)太陽能電池技術(shù),、高效蓄電池技術(shù)，以及能量密度高,、壽命長的核電源等,。

由此看來，此次我國同時(shí)開展“繞”“落”“巡”探測目標(biāo),，其難度之高不言而喻,。這不畏艱難、勇于挑戰(zhàn)的底氣,，源自我國深空探測技術(shù)的飛速發(fā)展,，源自無數(shù)航天科技工作者的不懈努力！