首次火星探测任务研讨会召开, 2020年发射探测器

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近日召开的首次火星探测任务研讨会上，对5大技术问题进行讨论，飞行任务环境问题、测控通信与数传问题、奔火与环火捕获问题、进入下降与着陆问题、火面生存与巡视问题。面对如此专业的问题，广大网友可能更关心我国何时能够探索火星，到底有没有一个准确的时间表？

据了解，中国首次火星探测任务计划在海南文昌发射场，由长征五号运载火箭将火星探测器直接送入地火转移轨道，这是我国在探月工程之后深空探测又一重大科技工程。

我国将于2020年发射火星探测卫星

我国火星探测计划首席科学家中科院院士万卫星表示，我国将于2020年7、8月份发射火星探测卫星。他介绍，我国去年年初正式批复了首次火星探测任务；在此之前，有关科学论证、工程论证都已经进行了扎实的准备工作，任务科学目标、基本方案都已确定。截至目前，卫星探测器系统、地面数据应用系统、火箭发射系统、测控系统等各方面工作已经全部展开，相应工作方案都在不断设计、完善、试验中，有些已经初步完成。

火星探测器进入初样研制阶段

我国首次火星探测任务已进入初样研制阶段，目前进展顺利。中国航天科技集团火星探测器总设计师孙泽洲介绍，探测器接近火星后，首先要让它被火星引力捕获，成为环绕火星飞行的探测器。探测器在环绕轨道上做一些轨道调整，同时对仪器进行检测，还将对火星的形貌开展探测。

之后，在合适时机，与环绕器分离的着陆巡视器将进入火星大气，着陆到火星表面并释放火星车，开展巡视探测。与此同时，环绕器继续在轨道上进行科学探测，并为火星车提供对地面的数据中继服务。

一次实现环绕、着陆、巡视

与探月工程绕月、落月、从月球返回分三期完成不同，中国探火工程有望在2021年前后一次性完成绕、落、巡三项任务。

孙泽洲说，中国的火星探测任务形式在国外是没有过的。美国的探测环绕就是环绕，巡视就是巡视。“从来还没有哪个国家一次任务就同时实现环绕和着陆巡视。”他说，国外在火星着陆任务之前都有环绕卫星在火星附近，可以对着陆过程以及着陆后的数据通信提供及时支持。而中国的火星着陆巡视器是环绕火星不久后，就要与环绕器分离并降落，这对于着陆后的火星车自主能力提出更高要求。

“另外，这样的任务在轨道设计上更具有复杂性，要兼顾着陆和环绕轨道的要求，增加了任务的难度和复杂度。”孙泽洲说。

他说：“我们希望用有限的经费尽可能多获得一些成果，更高效地推动技术进步。所以我们想结合探月已经走的第一步和第二步的基础，一步实现环绕、着陆和巡视。我们具备了这样的技术条件，希望一步迈得大一点。”

挑战

这样的任务，孙泽洲坦陈，难度非常大。

“这次任务最核心、最难的地方，就是探测器进入火星大气后气动外形和降落伞减速的过程，并且只有一次机会，必须成功。由于地球与火星距离遥远，整个过程无法由地面实时控制，必须依靠探测器自主完成。”孙泽洲说。

自20世纪60年代以来，国际上已实施的42次火星探测任务，成功率仅为52%。

最让这位火星探测器总设计师担忧的是火星大气。

“火星大气具有很高的不确定性，有些因素我们还没有认识透，比如火星大气的变化规律、风暴时的特性等。我们现在感觉压力很大，是因为不能掌控的因素很多。如果降落那天真的起了尘暴，就不能降落。”孙泽洲说。

他说，由于没有那么多的推进剂来抵消那么高的速度，所以登陆火星时，99%以上的减速都是靠火星大气的作用。然而，火星的大气和降落伞减速与地球上的相似度不到50%，而且火星的大气难以在地面模拟。

“我们只能把各个因素单独分析，开展单项模拟，没办法用一个完整的过程在地面把实际过程模拟出来，这也是我们现在很困惑的事情。但正因为有压力，才能带来技术进步。”孙泽洲说。

火星那么大，去哪儿好呢？

曾担任探月工程二期探测器总设计师的孙泽洲说，由于中国火星车将使用太阳能供电，从光照角度考虑，最理想的地方是火星赤道附近，但是火星赤道附近的地形复杂。另外，由于登陆火星99％以上的减速是靠大气减速，因此着陆点海拔越低减速时间越长，登陆越安全。

“综合考虑地形复杂度、高程、光照条件、温度等因素，火星比较适合着陆点在北纬5度至30度的区域。”孙泽洲说。

他说，当初在确定嫦娥三号登月落点时，专家们先画了一个100乘300公里的大区域，在探测器进入环月轨道决定要着陆后，又预计了一个落点，最后真正的着陆点与预计的落点只偏差几百米。

“火星着陆点的确定也类似。就好比我们先选择要去北京，至于落在北京哪个区哪条街道，是到附近再做精确的选择。由于火星大气模型误差很大，所以在火星登陆的偏差可能会比登月大。”孙泽洲说。

探火与探月有何不同？

孙泽洲说，探月工程已为火星探测打下了很好的基础，如果没有探月工程，希望火星探测一次就着陆并让火星车走起来，是不现实的。“但是火星探测仅有一半的环节与探月有相似性。”

举个例子，在嫦娥三号任务中，月球的地形地貌具有不确定性，但其他环境因素都在可控范围内，可通过设计规避风险。但火星除了地形以外，其大气情况具有很高的不确定性。

此外，登陆火星需要经过四个阶段：气动外形减速，降落伞减速，反推发动机减速，着陆器的缓冲腿吸收最后的能量。但月球没有大气，登月只有反推发动机和着陆缓冲两个阶段。

孙泽洲说，由于月球距离地球40万公里，而火星距离地球最远时达到4亿公里。在探月工程的带动下，中国已建立深空测控网，能够实现对火星探测器的测控。但是数据还不能实现高速传输，因此未来的火星车操控要比月球车的操控更为复杂。

距离遥远的另一个后果是火星光照强度小，火星大气对阳光还有削减作用，所以火星车的能源供给比月球车更为困难。

去火星探索什么科学之谜？

孙泽洲说，中国火星探测的科学目标基本上围绕这几个方面：通过光学遥感探测火星形貌，看看火星表面长什么样；通过光谱等探测火星土壤元素、矿物成分及岩石类型；探测火星空间环境，包括火星大气；探测火星土壤结构及水冰，火星表面甚至地下浅层是否有水？

综上所述，根据已发布的《2016中国的航天》白皮书，中国将继续实施好载人航天、月球探测、北斗导航、高分辨率对地观测系统等已有航天重大专项，同时将启动一批新的航天重大工程，其中包括以火星探测为代表的深空探测工程。

按计划，我国将用15年时间，建成先进开放的航天工业体系和空间基础设施，到2030年左右跻身航天强国之列。

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