本周•面孔丨火星新访客“天问一号”
2021年2月24日，这是一个被载入中国太空探索史册的日子，我国首次火星探测任务“天问一号”探测器就是在这一天，成功实施第三次近火制动，进入火星停泊轨道。大约三个月后，“天问一号”将开启他的登陆火星探测之旅。今天，我们就来聊一聊这个特殊的“面孔”——重达5吨的“天问一号”火星探测器。
“天问一号”探测器成功进入火星停泊轨道
根据国家航天局发布的消息，北京时间2月24日6时29分，我国首次火星探测任务“天问一号”探测器成功实施第三次近火制动，进入预定火星停泊轨道。这标志着“天问一号”已完成火星探测任务的关键一步，成为中国第一颗人造火星卫星，实现了“环绕、着陆、巡视”第一步“绕”的目标。预计探测器将在停泊轨道上运行约3个月，7台载荷将全部开机，寻找最佳的降落点，为择机着陆火星做好准备。
“天问一号”探测器成功进入火星停泊轨道，大家可以说是松了口气。但咱提起的这颗心，还远远没到放下来的时候。因为“天问一号”的火星探测之旅，才刚刚完成不到三分之一。
我们知道“天问一号”它的任务是“绕、落、巡”，看似顺利的“绕”这个过程，恐怕是“天问一号”火星探测任务中技术风险最高的环节。2011年，俄罗斯的“萤火一号”探测器，就是因为在变轨转向地火转移轨道时点火失败，没能顺利完成轨道转移，最终导致坠毁的。
要知道在探测器在即将进入火星轨道的时候，距离地球将近2亿公里，通信延迟有11秒之久，制动进入环火轨道的过程地面无法监控，只能靠探测器自主执行，而且机会只有一次。
为了被火星引力捕获，进入火星轨道，“天问一号”要谨慎地调整飞行姿态和发动机喷管方向，精准地掌握好这次踩“刹车”的时机，一旦刹车不及时，探测器速度太快就会打水漂一样飞离火星。反过来则可能一头撞上火星表面，只有时机分秒不差，才能顺利进入环火轨道，开始绕火停泊。所以说“天问一号”探测器能够成功进入火星停泊轨道，意味着闯过了第一道难关，对后续的绕火探测和巡视器登陆环节做好了相应准备。第二阶段的着陆器进入、减速软着陆的过程，包括着陆火星的“恐怖7分钟”，难度都是相当大的。而且都是要靠“天问一号”自主完成，我们祝福它好运。
中国火星探测任务历时5年的风雨，最早于2016年1月11日获得国家批准正式立项。之后，经过我国3年多的自主研发，克服了种种困难，于2019年10月11日火星探测器研制成功，公开亮相。2020年4月24日，中国首次火星探测任务命名为“天问一号”，他的名称源于屈原长诗，寓意探求征途漫漫，从此“天问一号”，这个响亮的名字闻名于世！
2020年7月23日12时41分，长征五号遥四运载火箭托举着我国首次火星探测任务“天问一号”探测器，在中国文昌航天发射场点火升空，开启了他长达7个多月、4.75亿公里的太空之旅。
过去的2020年可以说是火星探测大年，为什么这么说呢？主要是机会难得。火星和地球最远的时候相隔将近4亿公里，每隔两年才会靠近一次，这个时候火星与地球和太阳形成一条直线，对探测活动是非常有利的。所以火星探测是有所谓的窗口期的，也就是说每隔26个月才有一次启动探测任务的机会。探测窗口期又只有大约二三十天左右，而运载火箭每天又只有半个小时左右的发射机会，这么一看，机会确实是间不容发。
所以我们才会看到，像美国、俄罗斯、欧洲、印度、阿联酋等国的火星探测任务，都会选择扎堆在这一窗口期探访火星。对于中国来说，通过“天问一号”火星探测任务对火星进行全面研究，对火星表面有科研价值的局部地区，开展高精度、高分辨率的详细调查，有利于我们建立起对火星全面而基础的认识。对于我们国家深空探测水平也将实现跨越式的发展。
飞出地球、走向深空的壮举，离不开自主创新的推动。“天问一号”探测器总重约5吨，是全球所有国家行星探测器中重量最大的一个。“天问一号”探测器由环绕器和着陆巡视器组成，着陆巡视器又主要包括进入舱和火星车，是世界最先进的探测器之一。共配置13台有效载荷和2台载荷数据处理器，使用了我国独立自主研发的像纳米气凝胶、太阳能电池、特种航天材料等多项“黑科技”。其搭载的13台科学仪器，在多个领域处于世界领先水平！
我们知道，这次的“天问一号”是中国首次执行完全独立自主的火星探测任务。这么大的难度系数，没点真本事是不行的。既然是去探访火星，首先咱的眼睛要擦亮，“天问一号”搭载了高分辨率相机，在分辨率等级相当的条件下，成像幅宽是要优于美国NASA的HiRISE高分相机。“天问一号”配备的探测雷达，它的穿透探测深度和分辨率，也比美国同类装备指标更高。再从动力系统上看，“天问一号”上安装的地外天体软着陆主减速发动机，推力世界最大，达到了美国毅力号的两倍。此外，“天问一号”还采用了比传统金属材料更轻的先进全复合材料，使环绕器整体结构相比传统方案减重30%以上，将探测器整体重量控制在了5吨。还有一点意义是非常值得一提的，美国NASA的火星探测计划是和欧洲空间局合作的，这里面的利益划分、协调沟通、合作步调都存在着极大的不确定因素，而我们的“天问一号”完全是采用自主研发技术和自主工程实施，效率更高，更不受制于人。从这一点意义上来说，“天问一号”的身上，不仅凝结了大量世界领先的黑科技，也体现出了中国航天成果的含金量。更深刻诠释了中国航天的发展加速度。
中国在火星探测领域是一个后来者，但起点却相当高，已跻身于火星探测国家第一梯队。“天问一号”火星探测任务的最大亮点是通过一次发射实现火星环绕、着陆和巡视三项任务，即一次完成“绕着巡”。这在人类火星探测史上是前所未有的。目前只有美国成功实现过“落”，以及随后的“巡”。其他国家尝试过好几次登陆火星，但都失败了。中国计划在2030年左右进行第二次火星探测任务，采集火星土壤返回地球。日本与法国、德国、美国合作，计划于2024年开展“火星卫星探测任务”；美国宇航局宣布计划在2037年派宇航员登上火星。
中国在火星探测工程方面，起步确实比别的国家要晚，但是目前所展现出来的科技实力与水平，是要比绝大多数国家高许多的。毫无疑问是处于第一梯队的位置。为什么这么说，我们看除了美国和中国之外，尽管其他国家也发射过火星探测器，比方说像2013年的印度火星环绕探测器，以及近期的阿联酋“希望号”探测器，这些都最多只能完成环绕火星的探测。而中国的“天问一号”的火星探测任务，是一次性要完成三个目标，也就是“绕、落、巡”。这在人类火星探测历史上也是罕见的。“天问一号”一旦任务成功，我们在深空探测能力上实现的将是跨越式发展，相当于一步跨过美国NASA几十年的发展历程，成为世界上第二个探测器在火星巡视的国家。这不仅仅是第一梯队的意义，更是意味着迈进了火星探测国际顶级俱乐部的行列。目前国际上学术界、科学界和不少主流媒体都认为，人类首次登陆火星的创举，将在中国和美国两国之间产生。
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监制：郭小容
编审：解炜 曾春锋
责编：刘业峰
编辑：李海
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