2020火星赛季开启，中国“天问一号”即将启程
点击上方蓝字关注“中国国家地理”
“天问一号”
代表中国向火星“发问”
火星是离地球最近的一颗行星
也是人类迄今所知和地球最相似的一个星球
被称为地球的“红色邻居”
比起动辄几百度高温的金星和水星
气态表面的木星和土星
以及冰冷阴暗的天王星和海王星
火星是最接近地球的“优良”环境
有数据显示，自1960年以来
人类的火星探测项目完全成功率仅有43%
其余都出现探测器撞毁、失灵或失踪等状况
2020年7月17日
长征五号遥四运载火箭已垂直转运至发射区
计划于7月下旬~8月上旬
择机实施我国首次火星探测任务
中 国 行 星 探 测 任 务
中国行星探测任务被命名为“天问系列”
象征“揽星九天”的任务标识
展示了独特字母“C”的形象
汇聚了中国行星探测（China)、
国际合作精神（Cooperation）、
深空探测进入太空的能力（C3）等多重含义
而首次火星探测任务被命名为“天问一号”
这个名称源于屈原长诗《天问》
意为从古至今中华民族对真理追求的坚韧与执着
也表示探求科学真理征途漫漫
追求科技创新永无止境
实际上，我国在2011年
就曾向火星发射探测器——萤火一号
但当时我国的发射能力有限
因此需要搭载俄罗斯“天顶号”运载火箭
2011年11月9日，“天顶号”运载火箭
在哈萨克斯坦拜科努尔发射场点火发射
但进入太空后，由于未能按计划变轨
无法按照原计划将“萤火一号”送进火星轨道
此次火星探测以失败告终
图源国家航天局
但这一次，“天问一号”将搭载
长征五号遥四火箭升空，也就是“胖五”
海南文昌
2020.7.17
7月17日，长征五号遥四运载火箭
已经在中国文昌航天发射场完成技术区总装测试
垂直转运至发射区
计划于7月下旬到8月上旬择机实施
中国首次火星探测任务，发射“天问一号”探测器
探测火星的窗口期
今年计划发射的火星探测器
除了ExoMars二期任务宣布延期外
阿联酋的希望号已于7月20号率先出发
中国的天问一号
NASA的毅力号与机智号都将如约起航
将发射的日期都选在了今年的7~8月
是因为火星和地球几乎在同一轨道面绕太阳公转
但相对于火星而言
地球处在太阳系较内侧位置
与太阳平均距离约为1.5亿千米
火星距离太阳要远一些，大约是2.3亿千米
按照开普勒定律：
行星离太阳越远，运动速度就越慢
最终环绕太阳的轨道周期也就越长
地球的公转周期约为365天
火星的公转周期约为687天
所以，每隔大约780天才能和火星最接近一次
这段时间叫做会合周期，大约是26个月
就像两个人跑步，内圈跑得较快的人超了外侧较慢的人1圈。
而今年的7~8月正是这个发射的窗口期
在这一时刻前后从地球发射火星探测器
可以尽量减少这趟旅程的时间以及携带的燃料
这样才能携带更多探测的仪器
但探测器并不是在地球和火星精确会合时发射
也不是沿着直线去往火星
而是提前出发，大概经过6个半月的时间
到达火星的轨道，这时火星也刚好经过这里
然后探测器才可能降落到火星上
这种大椭圆飞行轨道，也叫做霍曼转移轨道
“天问一号”的三项任务
本次火星探测任务的主角——“天问一号”
将一次性完成
火星环绕、着陆和巡视探测三项任务
结构如下图
主要由环绕器和着陆巡视器组成
着陆巡视器又分为进入舱和火星车
当运行到指定的进入窗口后
探测器进行降轨控制，释放着陆巡视器
环绕器则进行升轨控制，进入中继通信轨道
为火星车提供中继通信链路
并开展环绕科学探测
着陆巡视器与环绕器分离后
进入火星大气
通过伞降和反推发动机的减速方式
软着陆于火星表面
火星车从着陆平台上分离以后
就可以在火星表面开展工作了
其中最大的难点在于“恐怖7分钟”
即：再入、下降与着陆过程中
要在7分钟内将探测器的时速从2万千米降低到零
需要融合气动外形、降落伞、发动机、
多级减速和着陆反冲等多项技术才能实施软着陆
天问一号在地球上进行降落测试
且火星表面气候变化剧烈，经常发生沙尘暴
一弥漫起来，根本看不清火星的表面
这也给着陆器的着陆等造成了很多困难
科学家也曾明确表示：
“如果降落伞失败，那将是全盘的失败”
因此，这个大概持续7分钟左右的着陆
是整个任务的关键部分
如果一切按照计划顺利进行
“天问一号”探测器将完成包括
火星表面物质组成、形貌与地质构造特征等
在内的六项科学目标
并且饱览火星上那些奇特的景观
火 星 上 的 景 色
奥 林 帕 斯 火 山
火星表面有规模庞大的火山群
它的最高峰奥林帕斯火山
就是目前在太阳系中发现的最高的单体火山
奥林帕斯火山的面积和法国差不多大
高约21千米，比珠穆朗玛峰的2倍还高
图自《博物》2017年6月
水 手 号 峡 谷
火星赤道附近有一条巨大“伤疤”——水手峡谷
全长3000多公里，深度达8公里
是太阳系中最大的峡谷
它的起源未知，主流的观点认为
始于数十亿年前行星冷却时的裂缝
并在之后受到风化侵蚀而扩大
科 罗 廖 夫 陨 石 坑
科罗廖夫陨石坑位于火星北极附近
是一颗巨大陨石撞击火星形成的
它的直径长达82公里，深2千米
被平滑的冰川永久性填充
中心的冰盖厚度约为1.8公里
天然的冷阱结构使这里得以千里冰封
沙 丘 场
地球上有不少风力塑造的地貌，火星也是如此
火星靠近北极地区的山谷有许多这样新月形沙丘
形状与地球上的很像，但不同的是
火星上沙丘颜色却是黑色的
科学家推测这里沙砾的主要是黑色的玄武岩
火 星 极 冠
南极极冠（上）、北极极冠（下）
火星南北两极有着白色的极冠
主要由二氧化碳凝成的干冰构成
它们会随着火星季节的变化而变化
夏季会逐渐缩小，冬季又会逐渐扩大
因火星过近日点是南半球的夏季
南极冠可完全消融
蓝 色 日 落
与地球不同，火星上的落日是蓝色的
因为到达火星表面的太阳辐射要比地球少很多
而且火星大气中又存在大量尘埃
导致太阳光中波长较长的红光被更多地散射
波长较短的紫光和蓝光就可以照射到表面
因此在火星表面上看到的太阳会偏蓝
两千多年前，屈原写下《天问》
连问苍天172个问题，追寻宇宙的奥秘
两千多年后
天问一号探测器将承载中国航天的光荣与梦想
为人类和平利用太空谱写新的篇章
预祝一切顺利！
参考资料：
火星上面好风光，《博物》 2017.06
为什么火星探测窗口每26个月才一次？国家航天局
话题
“天问一号”即将出发，你有什么想说的？
留言区见
- END -
编辑 | 尹诗画
图源 | NASA、视觉中国、网络
别错过
点击下方，延伸阅读
《中国国家地理》
去火星看风景
撰文/温学诗
《博物》
火星上面好风光
撰文/肖龙 供图/肖龙
长按识别二维码关注
（微信号：dili360）