厉害了！奔向火星！中国首个火星探测器天问一号发射成功
作者 | 靜靜
出品 | 網(wǎng)易科技《態(tài)℃》欄目組（公眾號：tech_163）
“GO TO MARS TOGTHER！”剛剛，中國火星探測任務(wù)“天問一號”成功發(fā)射，開啟了我國對火星的首次探測之旅，中國的深空探索又向前邁進(jìn)了一步。
北京時(shí)間2020年7月23日12時(shí)41分，長征五號遙四運(yùn)載火箭托舉著我國首次火星探測任務(wù)“天問一號”探測器，在中國文昌航天發(fā)射場點(diǎn)火升空。
火箭飛行約2167秒后，成功將探測器送入預(yù)定軌道，開啟了火星探測之旅。
“天問一號”是我國首次自主火星探測任務(wù)，是中國航天走向深空的里程碑工程。與其他任何國家首次火星探測任務(wù)不同，“天問一號”要實(shí)現(xiàn)“繞”“落”“巡”的三連任務(wù)，當(dāng)屬全球首次。
火星探測器在升空后，根據(jù)測算，最優(yōu)轉(zhuǎn)移軌道需要203天，也就是6個(gè)月零19天，即在2021年2月11日被火星引力捕獲。
按照探測器速度，取最優(yōu)減速軌道以及繞火星探測事件，預(yù)計(jì)在2021年4月23日開始實(shí)施火星著陸。
在到達(dá)火星之后，火星車的設(shè)計(jì)壽命是90個(gè)火星日，火星的一天比地球的一天略長一點(diǎn)，大概是24小時(shí)37分鐘，90個(gè)火星日也就是地球上三個(gè)多月的時(shí)間。
如果“天問一號”能夠成功登陸火星，這將使得中國躋身太空精英強(qiáng)國之列，成為太空探索的引領(lǐng)者。
然而，路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索。
火星，這顆孤獨(dú)的星球，等著我們的擁抱。
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中國首次！人類史上難度最大火星探測是如何完成的？
（來源：逆向思維）
成敗關(guān)鍵：“恐怖7分鐘”
縱觀人類的航天史，人們似乎一直對火星、月球“情有獨(dú)鐘”。全球已經(jīng)有了40多次火星探測活動，但成功和部分成功的任務(wù)僅有22次，成功率大約40%。因此，火星有著“航天器墳場”之說。
但是火星對人類的誘惑太大了。
▲圖片來自網(wǎng)絡(luò)
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。為此，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。
中國國家航天局探月與航天工程中心深空探測總體部部長耿言曾撰文寫道，首次自主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，在2016年1月正式立項(xiàng)實(shí)施。
2016年8月，火星探測任務(wù)名稱和圖形標(biāo)識全球征集活動啟動，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)投票，“天問”排名第一，得票31.7萬余張。
2020年“中國航天日”啟動儀式上，備受關(guān)注的中國首次自主火星探測任命被正式宣布命名為“天問一號”。
▲圖片來自網(wǎng)絡(luò)
根據(jù)計(jì)劃，我國首次自主的火星探測任務(wù)非常重，任務(wù)由軌道器、著陸器、巡視器三個(gè)部分組成，目標(biāo)是通過一次發(fā)射任務(wù)，完成繞、落、巡這前三個(gè)步驟。
“這將是世界上首次自主探索火星即完成軟著陸的任務(wù)。”中國科學(xué)院紫金山天文臺研究員季江徽曾接受《科技周刊》采訪時(shí)表示。
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)院院士葉培建曾向媒體表示，中國如果想要實(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”。
但是，“一石二鳥”背后是更高的挑戰(zhàn)和更大的風(fēng)險(xiǎn)，國際鮮有先例。
首先，是將火星探測器送上太空的火箭。
這次“天問一號”搭載的是長征五號火箭，是我國最大運(yùn)力的運(yùn)載火箭，廣大網(wǎng)友愛稱其為大火箭“胖五”。2016年長征五號運(yùn)載火箭首飛成功，截止目前，總共發(fā)射了三次，失敗一次。
▲圖片來自網(wǎng)絡(luò)
相比于月球，火星距離地球更加遙遠(yuǎn)，而且火星和地球兩者的距離會不斷的變化：地球和火星位于太陽兩側(cè)時(shí)最遠(yuǎn)距離大約4億公里，而位于太陽同側(cè)最近時(shí)有5460萬公里遠(yuǎn)（是月球的150倍遠(yuǎn)）。
“天問一號”探測器奔赴火星，并不是走直線，而是通過火箭的運(yùn)力將探測器送入橢圓形軌道，在這個(gè)過程中將一直處于高速飛行狀態(tài)，需要“長途奔襲”10個(gè)月，2021年才能到達(dá)火星。
其次，到達(dá)火星之后，探測器將迎來決定成敗的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。
“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。”中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員張偉曾對《科技日報(bào)》表示。
據(jù)了解，在著陸前，探測器需要先將速度降下來，從4.8公里/秒減速到460米/秒，相當(dāng)于先來一個(gè)急剎車。
▲來自網(wǎng)易科技
接著，探測器打開降落傘，用90秒的時(shí)間將速度再降到95米/秒。
▲來自網(wǎng)易科技
最后，進(jìn)入“著陸緩沖段”，這會兒探測器需要懸停避障，對火星表面進(jìn)行觀察，看一下地面有沒有坑、大的石頭，保證落地安全性。
▲來自網(wǎng)易科技
“目前國際上主要有兩種減速方式。我國根據(jù)探月工程中的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)作為基礎(chǔ)，將通過4個(gè)階段逐步減速，最終使探測器平穩(wěn)到達(dá)火星表面。”中國科學(xué)院院士、航天科技集團(tuán)科技委主任包為民曾向媒體透露，第一階段為氣動減速，第二階段開降落傘，第三階段動力減速開反推，第四階段懸停避障；著陸器在火星表面軟著陸成功后將釋放火星車。
登陸火星是最具挑戰(zhàn)之一，由于火星擁有大氣層，要防止著陸器在下降過程中變得過熱；而且僅憑落傘無法使著陸器減速，還需要減速火箭。在此前18次火星著陸任務(wù)重，僅有10次取得了成功。
在成功著陸之后，探測車將進(jìn)行“拍照留念”、探測物質(zhì)和元素、探測環(huán)境和偵測火星淺層地質(zhì)結(jié)構(gòu)，以及探測火星氣象等。
▲來自網(wǎng)易科技
▲火星探測器在火星表面示意圖（來自《科學(xué)》雜志報(bào)道）
火星車上，豎立在前端的桅桿頂端的方形設(shè)備就像機(jī)器人的腦袋，上面有實(shí)時(shí)探測的全景相機(jī)，可以幫助火星車避開障礙。另外，火星車上還有4個(gè)大的太陽能電池板，以及探測雷達(dá)、磁場探測儀和氣象測量儀，可以對火星進(jìn)行全方位的探測車。
依照計(jì)劃，火星探測器壽命只有短短90個(gè)火星日，火星日比地球一天略長，為24小時(shí)40分鐘，也就是三個(gè)月的時(shí)間。
至此，“天問一號”火星探測器即可完成其使命。
人類“第二家園”
正如上文所說，登陸火星是如此艱難，但依然未能阻止人類探索的腳步。為何？
作為太陽系的行星之一，火星與地球在環(huán)境等方面的相似性，使得人們對火星探索一直抱有濃厚興趣。
專家表示，火星不僅有大氣，也有適宜的溫度，和地球也有著相似的自轉(zhuǎn)周期。研究火星可以給人類帶來很多啟示，極具價(jià)值的基礎(chǔ)研究。
國外媒體曾經(jīng)發(fā)表文章稱，科學(xué)家在火星南極冰蓋下發(fā)現(xiàn)了液態(tài)水存在的證據(jù)。這一發(fā)現(xiàn)更是激起了人們對火星的探索熱情。
“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。”張偉接受媒體采訪時(shí)表示。
這意味著，火星將是人類的“第二家園”。科學(xué)家甚至都已經(jīng)提出了火星改造方案。
此次，除了中國的“天問一號”探測器之外，美國的“毅力號”火星車和阿聯(lián)酋的“希望”號火星探測器，也定在了7月份發(fā)射，而原定于今年探測火星的歐洲與俄羅斯合作已宣布推遲到2022年。
為何各國都選擇了此時(shí)發(fā)射？
▲來自網(wǎng)易科技
據(jù)了解，每隔兩年，全球都會迎來一次火星探測高潮，原因在于地球與火星位置的關(guān)系，每26個(gè)月火星會有一次距離地球最近的機(jī)會，距離只有5500萬公里，這也是發(fā)射火星探測器的最佳時(shí)間窗口。
此時(shí)實(shí)施火星探測，探測器飛行的路線最短，最省燃料。如果錯(cuò)過此次發(fā)射，就要在等26個(gè)月，下次發(fā)射窗口要等到2022年9月。
移民火星還要多久？
既然火星是人類孜孜不倦追求的“第二家園”，何時(shí)人類才能夠移民火星呢？
商業(yè)火箭公司SpaceX的創(chuàng)始人馬斯克曾經(jīng)提出個(gè)火星移民計(jì)劃：希望在火星建立社區(qū)，他還喊出如果把一個(gè)人的移居成本控制在20萬美元左右，預(yù)計(jì)地球上最少會有2萬人愿意移民外星球。
▲圖片來自網(wǎng)絡(luò)
“北斗女神”徐穎在做客網(wǎng)易科技攜手吉利ICON汽車打造的《開杠吧》節(jié)目時(shí)曾表示，火星是我們的鄰居，火星也是我們離太空最近的一個(gè)夢想。但是，如果人類真的想移民到火星上來生活的話，還有很多事情要做。比如解決物理層的問題，解決火星環(huán)境問題，包括火星大氣問題。
“其實(shí)已經(jīng)有科學(xué)家提出了火星移民的整體改造方案。大概多少年可以對火星改造完畢，移民火星，我覺得這個(gè)單位要用千年為單位計(jì)量。”徐穎認(rèn)為。
雨果獎(jiǎng)獲得者、科幻作家郝景芳也在《開杠吧》節(jié)目中表示，在可以預(yù)見的未來，人類即使移民火星，也一定是在封閉環(huán)境下有限資源條件下的生存。
這就意味著火星生活不可能是非常自由的，一定是將所有人束縛在一個(gè)有限的空間里。這樣才能保證可呼吸和空氣，可分配的食物，能源和最高效的物資調(diào)配方式。
▲圖片來自網(wǎng)絡(luò) 火星生活想象圖
“所以，這樣營造出來的生存空間和社會，和我們地球上極大豐富的世界資源非常不一樣，也會非常經(jīng)濟(jì)有效的方式去運(yùn)行，火星上的社會幾乎肯定是科學(xué)家工程師和高級知識分子創(chuàng)造出來的社會，也一定是一個(gè)非常信息化的社會。”郝景芳認(rèn)為。
如果有生之年，可以移民火星，你的選擇會是什么？
參考資料：
科技日報(bào)《天問一號：在探火路上來一次“后發(fā)先至”》
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的厉害了！奔向火星！中国首个火星探测器天问一号发射成功的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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