超人离开氪星，火神回了火星

作者 | 南风窗记者 朱秋雨

2020年7月23日，长征五号遥四运载火箭搭载天问一号火星探测器在海南文昌发射。10个月后，5月15日，火星车“祝融号”终于在火星留下印迹。

国家航天局透露，15日凌晨1时许，天问一号探测器在停泊轨道实施降轨，机动至火星进入轨道。4时许，着陆巡视器与环绕器分离，历经约3小时飞行后，进入火星大气。

经过约9分钟的减速、悬停避障和缓冲，天问一号探测器软着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区。中国成为第二个成功着陆火星的国家。

2021年5月15日，“天问一号”火星探测器所携带的着陆组合体和祝融号火星车成功降落在火星北半球的“乌托邦平原”（来源：央视新闻视频）

后续“祝融号”火星车将依次开展对着陆点全局成像、自检、驶离着陆平台并开展巡视探测。

回顾1960 年以来的火星探测史，人类先后开展了 40 多次探测，但成功率并不高——此前只有 8 次任务成功着陆并开展火星探测。此次在火星的顺利登陆，意味着我国成为唯一一次性完成“绕落巡”的国家。

不过，中国并非是当下唯一想要研究火星的国家。据《纽约时报》报道，这颗红色星球附近已经变得拥挤。如今，有7架飞行轨道器在火星轨道附近绕行，包括美国航天局（NASA）的3架，欧洲的2架，以及印度的曼加利亚号，阿联酋的“希望”号。

跨越星辰大海抵达火星，成为了各国航空竞赛的主要目标。只是，人类为何偏偏将目标朝向这颗红色星球？登录火星能给人类带来什么好处？

清楚这些问题，我们或许才会知晓：天问一号探测器的成功登录，究竟对中国、对世界意味什么。

一次就好

太阳系的八大行星排列上，地球是离太阳第三近的行星，火星则是第四个。

但从地球跨越到火星，并非如科幻电影里表现的一样——造精密的飞船即能任意飞抵。精密的距离和时间的控制，是现实世界飞抵火星中一大考量因素。

2020年7月23日出发的天问一号，正是选在最适合飞火星的“窗口期”。彼时，阿联酋的“希望号”和美国航天局的“毅力号”，都在发起相似计划。

一切的源头是——火星和地球以不同的速度和距离绕太阳公转，地球和火星最远距离大约4亿公里，最近的距离是5600万公里。

而每隔26个月，会出现“火星冲日”的天文现象——火星、地球和太阳所处的轨道位置将形成一条直线，地球位于最适合飞往火星的位置。

“火星冲日”现象模拟图（来源：金羊网）

此时飞去火星，最节约燃料。

2020年10月14日正是这一天文现象起作用之时，再考虑到地球与火星的距离以及各自的公转速度，最佳的发射时间大约为“火星冲日”之前两个月。

天问一号在这时出发，被赋予了更重的使命——阿联酋的“希望号”仅进入火星轨道环绕，探测火星大气；美国NASA在发射“毅力号”之前，有过4次火星车登录火星表面的成功经验。

第一次执行火星探测任务的天问一号，即要一次性完成环绕火星轨道、登录表面和巡视着陆地这三大步骤。

而在2021年2月10日，“天问一号”经过200多天的飞行停泊进入火星环绕轨道时，包括《纽约时报》等外媒发表社评称，“与登陆火星相比，绕火星轨道飞行的挑战根本不算什么”。

登陆火星的危险之处，第一表现为抵达火星表面附近时，航天器需刹车减速，并以正确的角度切入火星大气层——角度太陡会起火燃烧。

过去，NASA和欧洲的很多火星探测器都因此起火坠毁。

从穿越火星大气层到着陆需大约7分钟，却被国际航天界公认为“死亡7分钟”。

当探测器到达火星大气层顶部时，飞行速度接近每小时20000公里。而7分钟后，又要在火星表面静止不动，这被国际航天界公认为“死亡7分钟”

着陆器何时减速进入火星大气，进入的姿态、角度都需要精准的控制。又因为地球单程无线电信号到达火星需要20分钟，地面人员亦无法实时指挥——一切都要靠关于航天器的精准设计。

天问一号探测任务总设计师张荣桥接受央视采访时表示，这短短的7分多钟内，“天问一号”需要从每秒4.8公里的速度急刹车到零，忍受上千摄氏度的高温，历经四段不同方式的减速：

首先穿过火星大气层，进行气动减速，将速度降至460米/秒；

第二段，着陆巡视器打开降落伞，用拉拽的方式将速度降至95米/秒；

接着是反推发动机点火，速度减少到3.6米/秒，将这个速度维持到最后，离地面100米左右实现悬停避障，火星车即完成着陆。

“祝融号”成功着陆火星，总设计师张荣桥激动落泪（来源：中国日报网）

偏偏是火星

在中国的“祝融号”发射成功以前，登录过火星的只有美国、苏联。尽管后者在1971年发射的火星3号探测器，仅在火星表面工作约20秒即与地球失联。

事实上，人类目前围绕火星的探索，处于“内卷”状态。

当前，各国火星探测器主要有三种：绕火星轨道运行，开展远距离探测的探测器，比如阿联酋的希望号；降落到火星表面，进行原地探测的着陆器；以及能在火星上运动的火星车。

据南风窗记者不完全统计，自1960年以来，世界各国围绕火星的发射任务共计51次。

进入21世纪，世界各国朝火星发射了17个探测器。如今，还在围绕着火星轨道绕行的探测器共计7个，寿命最长的是NASA在2001年发射的“火星奥德赛号”。

就连在火星表面上，除了“祝融号”火星车外，美国于2012年、2018年、2021年分别成功登录的“好奇号”、“洞察号”和“毅力号”火星车也在火星上巡视。

美国“毅力号”火星车

这其中都指向一个根本问题，人类为何一窝蜂地探测火星？

在这一点，科学家运用的思路是“排除法”。以从太阳系中寻找生命的维度，与太阳距离的远近可由此得出“宜居带”。从八大行星的位置判断，位于“宜居带”的是和太阳距离适中的金星、地球和火星。

与地球大小、质量、体积相似的金星成为了最早人类探测外空、发现生命的第一选项。上世纪50年代，美苏两大国掌握了航天技术后，同时将金星作为航天竞赛的首要目标。

1962年美国发射的水手2号，是历史上第一个接近其他行星的探测器——目标就是金星。

随着20世纪60、70年代美苏两国的反复探索，人们很快认识到发射目标的错误。10个探在金星着陆的探测器，都来自苏联，但它们都“活不长”。

最“长寿”的一个，是“金星13”号——向地球传输了127分钟信息后牺牲。科学家们逐渐发现，这全因为金星的恶劣环境，地表温度超过460度，气压是地球的92倍，还随时会下硫酸雨。浓密的大气高含96%的二氧化碳，让科学家由此下结论，金星的环境孕育出生命的可能性为零。

1982年3月1日，“金星13”号探测器传回的金星表面照片

与此对比的是，火星虽然地表温差大，平均气温为零下55摄氏度，但比起金星的高温和高压，人类还能从中看到登录火星的可能性。

一个最令人兴奋的行动支撑是，火星上可能有液态水的存在。科学家们普遍推测，火星历史上有过活跃的地质运动与河流，但由于太阳风的吹拂以及小行星的撞击等原因，后来逐渐都消失了。

人类目前最大的希望是，火星上发现了地下湖泊的迹象。

2003年欧洲航天局发射的“火星快车”号探测器，于2012年至2015年期间运用搭载的MARSIS雷达系统，在火星南极冰盖下进行29次探测。直至2018年，负责该项目的意大利科学家在《科学》刊登论文宣布，该雷达系统发现了一片至少有数米深、直径约20千米的湖泊。

一旦该发现进一步得到确认，该湖泊将成为人类在火星发现的首个液态湖。

论文的主要作者，罗马第三大学的Sebastian Lauro在受访时表示：“南极冰盖下液态水的发现具有重要意义，它让火星环境中微生物的存在成为可能。”

只是，科学界对相关发现反对声音犹存。他们指出，缺少足够的热源将上述湖泊的冰融化成水。而没有水，生命的存在也就失去可能。

探索火星的本质

赴外星寻找生命，这对于全人类而言都是兴奋的命题。“祝融号”官方微博曾在4月2日以第一人称口吻，引用科幻小说《银河系搭车客指南》的情节称，42是一个它最喜欢的数字，因为42是该小说里“宇宙、生命及一切的终极答案”。

“为啥喜欢这个数字？因为它代表对未知的追问。”

“祝融号”还解释其奔赴火星的原因——“我是来火星找答案的：火星上到底有什么？它由什么组成？”

对于可能存在生命的红色星球，投入其中的各国仿佛押上了手中的全部筹码。但一个必须面对的事实是，美国在此前的长达半个世纪，垄断了一切关于火星绕行和着陆的技术。

第一个登陆火星的卫星为美国维京号计划的“海盗一号”，时间在1976年。该着陆器运作了惊人的2245个火星日，直到1982年11月13日才与地面失联。

第一个登陆火星的卫星——美国“海盗一号”

而与祝融号性质一样、能在火星表面移动的火星车，美国最早于1997年通过发射“火星探路者”号，成功让名为“旅居者号”的火星车着陆。

在千禧年以后，美国共计发送4个火星车到达火星表面，运行时间最长的“机遇号”——设计寿命最初为92天，而其实际运行了15年，创造了地球以外星球的最长徒步旅行纪录。

有了多次登录火星的经验，美国垄断了对于火星着陆过程中涉及的诸多技术参数，例如准确的火星大气成分、气象条件、着陆区环境等。而这些参数，尤其对于“死亡7分钟”期间——地面与探测器完全失去联系时，尤为重要。

中国的火星探测任务在此背景下开启。国家航天局官网显示，我国首次火星探测任务于2016年正式批复立项，计划通过一次任务实现火星环绕、着陆和巡视，对火星进行全球性、综合性的环绕探测。

对于此刻的动因，中国火星探测首席科学家万卫星院士2019年的一篇文章中谈到：“如果说第一次热潮的主题是探测竞赛，比的是谁先跑得最快。那么第二次热潮的主题应是科学竞赛，比的是谁先看得最深。”

“人们已经不满足于到行星表面看一看，而是看向时间的深处——研究行星的演化历史，看向空间的深处——研究行星的内部结构，看向人类的深处——研究生命起源和寻找地外生命。”

纪录片《行星》截图

这次，“祝融号”选择巡视的乌托邦平原南部，过去美国的“海盗二号”也曾在此着陆，但着陆的方向偏北。

该平原位于一个巨大的盆地中，位于古海洋与陆地的交界面。有关火星轨道区域的研究表明，永久冻土层可能正好藏在该平原地表以下。有古代火神寓意的“祝融”号即将在这一宽阔的平原上度过90个工作日。

这90天，是中国航天人用过去五年的日夜，以此点燃中国星际探测的火种。

如同张荣桥在接受白岩松采访时所说，火星登录的意义在于，“提升人类自信，提升国家能力。就像一个不太富裕的家庭，我们为何要省吃俭用拿这个钱去培养孩子呢？是不是为了孩子的未来，提升孩子的能力？”

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    编辑 | 黄靖芳

排版 | 张茜雯

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