人类通往火星的旅程

鞠强

2021年5月15日7时18分，“天问一号”火星探测器成功在火星表面着陆。这是我国首次实施火星着陆任务，我国也成为继苏联和美国之后第三个探测器成功在火星着陆的国家，中国深空探索进入新的时代。

在太阳系的八大行星中，火星与地球最为相似。科学家研究火星，希望能够破解太阳系的起源和演化以及地外生命是否存在等重大问题，同时探索移居地外的可能性。因此，火星成为人类探索太空的优先目标。

1960年，人类开启探索火星的征程，但蘇联发射的两台探测器都没能离开地球。1965年，美国的“水手4号”飞掠火星。1971年，美国的“水手9号”成为首个环绕火星的探测器。1975年，美国的“海盗1号”和“海盗2号”成功在火星表面着陆。1996年出发的美国“探路者号”着陆器成功在火星表面着陆，并且释放“旅居者号”火星车，这是人类第一辆火星车。飞掠、环绕、着陆和巡视也代表了目前火星探测的四种主要类型。

在人类探索火星的最初半个世纪里，美国、俄罗斯（苏联）、欧洲、印度和日本纷纷实施了火星探测计划，却几乎没有中国人的身影。直到21世纪初，随着嫦娥探月工程立项，中国人真正意识到，向另一颗星球进发的时代正在到来。2007年10月24日，“嫦娥1号”发射升空。在“嫦娥1号”取得成功后，专家就开始谋划我国深空探测的后续发展。2010年，8位院士联名向国家建议，开展月球以远的深空探测的综合论证。2016年1月11日，中国首次火星探测正式立项。

2016年两会期间，中国科学院院士叶培建透露，中国准备在2020年发射火星探测器。2016年8月23日，“中国火星探测工程名称和图形标识全球征集活动”新闻发布会在北京召开，会上首次公布中国第一个火星探测器和火星车外观设计构型。2019年11月14日，首次火星探测任务着陆器悬停避障试验在河北省怀来县完成，此次试验是我国火星探测任务首次公开亮相，试验模拟了着陆器在火星环境下悬停、避障、缓速下降的过程，对其设计正确性进行了综合验证。

2020年4月24日，国家航天局在2020年中国航天日线上启动仪式上宣布，中国行星探测任务被命名为“天问”（Tianwen）系列，首次火星探测任务被命名为“天问一号”，后续行星任务依次编号。“天问”取自中国古代伟大诗人屈原的《天问》，十分贴合数千年来中国人对苍穹求索的历程。命名规则也透露出，火星探测只是中国未来将要进行的行星探测的起点，其他行星也将迎来中国的“客人”。

地球和火星之间每隔26个月有一个发射窗口。在此前几个发射窗口中，都有前往火星的探索任务，而2020年7月底到8月初的这个发射窗口，更是格外热闹。除了中国的火星任务外，阿联酋的“希望号”火星探测器和美国的“毅力号”火星探测器也都先后启程前往火星。

在2020年的这个发射窗口，各国根据自身的情况和目标选择了不同的方案。美国的任务是巡视，阿联酋的任务是环绕，而中国的任务则是多步并作一步，包括环绕、着陆和巡视。这既是中国首次火星任务的难点，同时也是创新点。美国基本上是分开完成各种类型的任务，而欧洲航天局两次挑战“绕、落、巡”也都没有成功。一次实现三个目标，是其他国家第一次实施火星探测时前所未有的，挑战也是空前巨大。

“天问一号”探测器的设计也服务于这个目标。探测器重约5吨，由一个轨道器和一个着陆巡视器组成。轨道器为巡视器提供中继通信链路，同时本身进行为期1个火星年（约1.88个地球年）的科学观测。着陆巡视器在火星表面进行软着陆，候选着陆点为位于火星北半球的乌托邦平原，这个区域可能是一个古海洋所在地，有很高的科学价值。依靠太阳能提供能量的巡视器（火星车）重约240千克，质量几乎是“玉兔号”月球车的两倍，预计将在火星表面工作90个火星日（1个火星日约合24小时39分钟）左右。

虽然这是中国第一次独立开展火星探测，但起点高，制定了丰富的科学目标。“天问一号”的主要任务是利用轨道器对整个火星进行全面广泛的勘测，并将巡视器送到有科研价值的表面位置，进行高精度、高分辨率的详细调查。具体来说，“天问一号”的科学目标主要有5项，分别是绘制火星形态和地质结构图、调查火星表面的土壤特征和水冰分布、分析火星表面的物质组成、测量电离层和火星地表气候及环境特征以及探索火星的物理场（电磁场、引力场）和内部结构。

为了配合科学目标的完成，“天问一号”一共携带了13种有效载荷。轨道器上的7台仪器包括两台相机、火星轨道次表层探测雷达、火星矿物学光谱仪、火星磁力仪、火星离子和中性粒子分析仪、火星高能粒子分析仪。巡视器上的6台仪器包括多光谱相机、地形相机、火星巡视器次表层探测雷达、火星表面成分探测器、火星磁场探测器和火星气象监测仪。这些仪器将共同帮助中国科学家第一次直接了解火星大气、地形、磁场和内部结构等信息。

2020年7月23日，“天问一号”在海南文昌航天发射场由长征五号遥四运载火箭发射升空，正式踏上奔向火星的旅程。2021年2月10日，经过近6个半月的飞行，“天问一号”经过近火制动顺利进入环绕火星的轨道，成为中国首颗进入火星轨道的探测器。

（摘自5月20日《南方周末》。作者为该报特约撰稿。标题有改动，内容有删减）