学进去

天问一号，走出地球

张小红

①2020年4月24日，中国国家航天局在2020年中国航天日线上启动仪式上公布：首次火星探测任务被命名为“天问一号”，后续火星任务依次编号。“天问一号”火星探测器将于2020年7月下旬择期发射，开启创造世界历史的“绕、落、巡”三位一体探测任务。

②去火星寻找生命，是一个老生常谈的话题，但抵达火星不是一场说走就能走的旅行。受天体运行规律约束，每隔26个月，地球、火星和太阳就会合成一条直线，此时地球与火星距离最短，也是最适合发射探测器的时间。如果错过今年，下一次发射就要等到2022年。抓住最佳窗口时机，仅是火星探测的基础条件，火箭的运载能力、入轨精度和可靠性才是火星探测的重要前提。

③相比月球探测器，火星探测器要进行更多次、更精确的轨道修正，才能精准地进入火星轨道，到达目的地。如果探测器在地火转移轨道近地点有每秒1米的速度差或1千米的高度差，到达火星的位置误差就可达10万千米。这一高难动作被称为“从巴黎打一颗高尔夫球，一杆落入东京的球洞”。在探测器切入火星轨道的过程中，如果切入点离火星略远，则无法被火星引力捕获；如果切入点太近，则可能闯入火星大气层导致坠毁。1999年，美国火星气候轨道器在入轨时，就因混淆了英制和公制单位造成了导航误差，使其距离火星太近而被烧毁，真正是“差之毫厘，失之千里”。

④如何把探测器中的火星车从火星轨道降落到火星表面，则是更大的挑战。月球与地球之间平均距离约为38万千米，而火星与地球的最近距离约为5500万千米，最远为3亿至4亿千米，因此火星对探测器的测控能力要求极高。火星距离地球越远，信号越弱，且两者距离还有至少10分钟的信号延时。探测器进入火星轨道和着陆的关键时间，只能依靠研究人员提前输入数据，由探测器自主判断，相当于“盲降”。在这个阶段，探测器的防热措施是否可靠，降落伞、气囊和缓冲火箭等能否按程序工作至关重要，整个过程被称为“恐怖7分钟”，许多探测器都在此处功亏一篑。2016年10月20日，欧洲“火星生物学-2016”中的“夏帕雷利”在着陆前与地面失联，原因是仅1秒的计算失误，造成降落伞与防热罩提前分离，导致撞毁。

⑤进入火星大气层后，着陆的巡视器还要进行气动外形、降落伞、发动机、多级减速和着陆反冲软着陆等一系列工作。环绕器将为火星车提供中继通信链路，并开展环绕科学探测。此时，才算真正意义地完成了火星探测的“绕、落、巡”任务。

⑥所以，我国一次发射就实现火星环绕、着陆和巡视探测三大任务，是世界航天史上的第一次。之所以敢大手笔进行尝试，是因为我国已建成仅次于美国的深空测控网。2018年10月，中国科学院国家天文台在天津武清站新建70米高性能接收天线，它是完成中国火星探测器科学数据接收任务的关键设备，也是亚洲在建最大的单口径全可动天线。按计划，该天线将于2020年10月具备火星探测的数据接收能力。也就是说，在“天问一号”火星探测器前往火星的路途上，天线就可以接收其发回的信号了。深空测控网技术的成熟，意味着我国将逐渐拥有在地球和宇宙间近乎无死角的深空通信能力。

⑦虽然说实现火星探测的难度，远远超过“上九天揽月”，但人类走出地球、探索宇宙的梦想，始终不曾遗忘。正如《下一站火星》中说的那样：“走出地球似乎是我们从渺小迈向伟大的必经之路。”