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导读
中美阿这三国，他们的火星探测任务到底是啥呢？进展如何？
文章背景：在天问一号2021年5月15日登陆火星之前，袁岚峰老师和中科院国家空间科学中心研究员周炳红、刘勇做了一场“火星探测”主题直播，本文是录播第一集的文字版本，共有三集。
视频链接：西瓜视频：
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本视频发布于2021年5月18日，观看量已超95万
主持人
袁岚峰
中国科学技术大学副研究员、中国科学技术大学科技传播系副主任、中国科学院科学传播研究中心副主任
袁岚峰：大家好，欢迎大家来到我们的火星直播的现场。今天我们非常荣幸地邀请到我的两位老朋友，中国科学院国家空间科学中心的研究员周炳红老师和刘勇老师，周老师跟大家打个招呼。
嘉宾
周炳红
中国航天科普大使、空间科学传播专家工作室副主任、中国科学院国家空间科学中心研究员
袁岚峰：周老师是我的科大师弟，他主要是研究火箭推进剂的。然后刘勇老师他主要是研究行星探测的。嘉宾
刘勇
中国航天科普大使、空间科学传播专家工作室执行主任、中国科学院国家空间科学中心研究员
袁岚峰：周炳红老师和刘勇老师最近还刚得到一个很高的荣誉，叫做中国航天科普大使。袁岚峰：祝贺你们，也感谢你们为我们国家的科普事业做出了贡献。而且你们两位最近好像刚组织了一个工作室是吧？刘勇：那个是一个中国科协的项目，就是我们叫空间科学传播专家工作室，就是跟大家一块，跟周老师一起传播空间科学，跟我们国家空间探测有关的项目，包括火星探测，我们也非常关注。
袁岚峰：对，这个是中国空间科学学会组织的工作室是吧？这也是你们工作室，实际上第一次正式亮相是吧？第一次就是来上这个节目，也希望你们工作室越做越好，更多地来跟我们合作，向观众来传播我们的空间科学。袁岚峰：我们这次直播的主题是火星探测，就是在我们今年春节的前一天，我们的火星探测器天问一号，是已经成功地环绕火星，完成我们绕落巡那三步走的第一步，环，环绕这一步，我们至少已经完成1/3了。
但是与此同时，很快地就是美国和阿联酋的探测器，他们也是接近火星了，甚至都已经下去了。所以他们各自的进展怎么样，来向大家介绍一下。刘勇：其实阿联酋那个是最早最先到的，美国的事实上已经降下去了，它们这一次很奇怪，都说火星探测非常难，这三个任务，基本上另外两个都已经完成了第一个目标，而中国其实也完成一大半了。袁岚峰：是，这次大家居然都取得了至少是一部分的成功。所以现在这个状况就是说，首先我们这是一个三国演义，有三家去探，很热闹，然后这三家都取得了一定的成功。中国是在环绕，然后将来是要往下降。然后阿联酋它的目标就是环绕，所以它已经做到了。刘勇：我总觉得阿联酋，感觉上就是别人做一张卷子，然后他花了点钱，然后把名字改成他的了。是给我这种印象，当然就是说，其实阿联酋这个国家，它也有这样一个心思花钱来进行火星探测，也为人类太空探索事业做出贡献。
袁岚峰：是的。这无论如何我们应该是鼓励的，他愿意为太空探测事业做贡献，这总是好的，我们不应该去打击他是吧？当然我们也希望他在这个过程当中，更多地提高水平，将来能够做出更多的贡献。刘勇：阿联酋就是一个环绕器，它是一个测火星的气象，好像火星的全球气象以前也没做过，这会是一个很有意思的任务。美国的是毅力号，因为美国其实之前做过很多任务，它这次就只做一个，就是叫火星车落下去，这个毅力号火星车还带了一个无人机，这个事也是，我其实很多年以前我就想过这个，在火星上，因为它有大气，所以无人机可以飞起来，我当时想的就是用无人机去探洞，火星上有些洞穴可以去探索，当然美国这次的无人机它不是去探洞，它主要还是，就是说能够扩大它的搜索范围。
袁岚峰：它是验证飞行，它这个无人机其实并没有任何科学目标，它只是验证一件事，就是这个东西能飞起来，因为它要充电好长时间，然后才能飞那么几分钟。周炳红：美国这个探测器它还带了一个很有意思的载荷，一个很小的载荷，就是它要用火星上的二氧化碳来制备氧气。对氧气，甚至之后要测试它做成液氧，也就是为了将来，在火星上原位制备火箭推进剂，做技术验证。
袁岚峰：是，这是非常重要的一个基础研究。火星上第一，它是有大气的，虽然大气很稀薄，大概是地球大气的1%，但是它有大气，这跟月球是一个质的区别，月球是没大气，然后它大气的主要成分是二氧化碳，它是95%的二氧化碳，这二氧化碳里边有氧元素，所以就可以把它，经过化学反应就可以制出氧气来，这个如果真正能成功的话，对将来的火星探测是非常有用的。周炳红：对，而且将来还可以制甲烷。从水里面分解出氢气和氧气，然后再跟二氧化碳反应，可以制备甲烷，所以现在SpaceX发展可重复火箭，包括星舰火箭，它都用液氧和甲烷推进剂，所以这个推进剂最重要的两点原因，一个就是将来准备在火星上制作回来的推进剂，还有一个就是，这个甲烷推进剂可以重复使用，它是一个单链，就CH4。
周炳红：不像煤油，对，没有链。那个煤油的话，它是很长，就容易结焦，就会有各种结焦的问题。周炳红：对焦炭就没法，不好重复使用，会把发动机管道给堵住了。袁岚峰：是，可见美国是做了一个非常长远的计划，就是为了将来载人登火星，或者在火星上建立一个可以移居的地方，做长远的准备。我印象中美国还有一项任务，就是说它是要在火星上取样，但是不是立刻返回，它这次回来不了，它先取了样然后存起来，然后等到再下一次任务，再去把它取了，然后再发射上来，然后再被另外一个探测器把它接入，然后再拿回来。
周炳红：是这样的，它这次去是把样品先存在那儿，那么下一个发射窗口，大概是，应该还过4年，就2026年的时候，美国会再发一个探测器，就是去接那些样品，把那些样品收集起来，然后再上来。但是回来它那个火箭的运载能力还不够，是用欧洲再发一个火箭去，同时也是在按计划的话也是2026年过去。回来的时候2028年，欧洲发这个火箭过去，它回来的时候就是用电推进才能回来。
就是说，为了把这个样品，从火星上返回，需要的运载能力要求是非常高的，需要三发火箭。但两发火箭不是说不可以，也可以，那你取的样品就很少，你不能到处去收集样品，就是你灵活性就很差，是这样的。袁岚峰：那这真是成了一个非常浩大的一个国际工程了，不但是美国一家的事了，欧空局也来了。袁岚峰：但是这个环节越多，它失败的可能性就越大是吧？但凡有任何一个环节掉链子，都拿不回来。周炳红：我们中国也开始在论证火星采样返回的计划，也可能是2028年2030年，这个现在还没立项，那么相比来说这次的阿联酋，其实它的航天能力就很弱，这里面你看它有很多短板，就缺项，就打个比方，它没有火箭，所以它是用日本的火箭发射的。周炳红：对，还有就是它没有测控，所以它的测控站，通信什么的，是美国人帮他完成的，是NASA。周炳红：对，导航和测控，包括数据回传都是靠NASA。然后它的科学载荷其实它也是合作的，好像是三个载荷，它其实是美国两个大学，一个是叫科罗拉多大学，还有一个是亚利桑那大学，这都是行星科学很有名的大学，我们做小天体我们也知道，亚利桑那大学是因为它那里就有个，亚利桑那边上有个很大的陨石坑，也发现那个巴林杰陨石坑（BarringerMeteor Crater），就在那，这是研究得最充分的一个陨石坑，所以亚利桑那大学。
袁岚峰：那要这么说的话，大家会问，到底有什么东西是阿联酋自己做的，那感觉是啥都没有。周炳红：对，所以他主要是跟他合作，因为阿联酋特别有钱嘛，对吧？最有钱的那个叫什么？周炳红：迪拜就是阿联酋的一部分，联合嘛，它是好多这个。袁岚峰：所以这是一个非常有趣的状况。说完了美国和阿联酋，那我们自己的呢？天问一号有多少任务？我们前面还有多少关卡在等着我们。刘勇：我觉得最关键就是我们要能成功地落下去。说真的，我觉得航天任务都是，大家都知道挑战力非常大，去火星，我有一次在中央电视台，我说你看前苏联去火星就跟中国足球队冲击世界杯一样，去一次死一回。袁岚峰：我怎么感觉这是中国足球队得到的评价最高的一次，跟一个这么高大上的联系起来了，好吧。刘勇：但是事实上近些年来，成功的机会还是比较大的。基本上从近些年来，特别是2000年以后的这些年，基本上都是成功的比失败的要多很多，而且完全失败的好像就一次。袁岚峰：对，就是我们那一次，我们搭乘俄罗斯的火箭去火星，但是给炸了。周炳红：但是这个着陆还是非常困难，因为现在真成功着陆火星的，就美国一家。周炳红：欧洲尝试了，但是也是硬着陆了，砸坏了。苏联也尝试了很多次，都没有成功，所以着陆这一关，大概还是非常难的一件事情。袁岚峰：是，欧洲是有一个环绕器，它还在工作。对，环绕器工作很多很多年了。
周炳红：它不叫火星快车，它叫什么？它叫痕迹成份探测仪袁岚峰：但是我印象中那个是创造了一个奇迹是吧？因为工作时间远超预期，直到现在它还在不断地传回数据。这是一个很大的成功，但是欧洲这是属于巧实力的成功了，那个硬碰硬的他还是没做到，他们其实是有一个欧洲的火星车的计划，但是那个计划推出了好多次了，错过了一次又一次的窗口。
袁岚峰：它本来也应该在2020年发出来，然后它又没了，所以你看着火星很热闹，其实它本来应该是4家，而不是3家的。刘勇：所以中国这次，我觉得如果能够成功地落下去的话，对于中国航天来说会是一个很大的成功。袁岚峰：那么我们来介绍一下美国，它前面探测火星其实都已经有8次了，他们取得了一些什么成果呢？刘勇：我觉得美国很好的就是，他每次是一开始就做了一个，就是Pathfinder，它的火星车越做越大，最开始是一个探路者，就是告诉大家，我们就花这么点钱，就能够去火星，那火星车多大，就一个微波炉那么大，就那么小一个车，然后它上去，它也做了一些工作，然后到现在的毅力号，其实毅力号超过一吨了，之前的比方说像Spirit，我们叫勇气号，还有机遇号，都取得很多很有意思的成果，比方说找到水，还有在火星上找到一些，似乎是水流冲刷的痕迹，这些都是它们在后期取得的，很好的很有意思的成果，还找到一些水合物，就是我们现在还面临的一些问题，都是在他们前面做的研究的基础上。
袁岚峰：是，这样的话美国那个研究，事实上对于我们确定我们的火星车要落在火星上什么地方，其实也是很有帮助的是吧？要不然我们也很难确定你到底该落到哪儿去，我们现在最后我们是要落在一个叫做乌托邦平原的地方，是吧？
周炳红：我补充一个就是，美国的火星探测，它其实经历了一个科学目标的转变的过程，就是我们对宇宙的探索，它其实主要分成两大块的知识，第一大块就是说是宇宙的起源和演化，对于火星任务来说，就是太阳系的起源和演化。那么第二大块就是说，生命的起源和演化，火星适不适合生命，所以现在大家都转向，主要的目标转向生命相关的。周炳红：以前开始的话是想研究太阳系的起源也好，太阳系的起源包括两部分，一个是太阳，一个是各个行星，因为火星是很特殊的。其实就是你看这个行星的排队，火星在地球和木星之间，按道理说，如果是我们太阳系刚开始形成，是一团气体云形成的，那么火星应该比地球大，比木星小。
周炳红：因为在那，它那个地方应该，越往外半径越大的话，它当时形成的是积聚形成的，它的半径就应该更大。周炳红：对，其实这就是一个非常大的谜团。对，当然后来是提出了一些猜测，就是在太阳系早期形成过程中，木星发生了很大的迁徙，它在各种那种星子，就是千公里级的星子的引力作用下，木星先往里走了，往里走的时候就把有些星子给甩出太阳系了，这样就是火星那个位置有些物质就被甩走了，还有就是火星和木星之间形成了一个小行星带，那里本来应该也有颗小行星的，有个大行星的，结果没有了。袁岚峰：它给分散成了很多小行星，什么谷神星之类的是吧？周炳红：对。所以早期其实很多关心这种太阳系形成演化的问题。周炳红：对，就包括上一个的，它还在工作的那个探测器，它打洞，它打洞其实是为了干什么？
周炳红：对，洞察号，它要洞察就是往深处去探测。它要打洞就是想转很深，其实是想埋一个热流计，测量它火星从里面往外散热的速率是多少。
周炳红：测的这个有什么用呢？就可以看我们这个火星要多长时间才能冷下来，也就是说火星的核，到底什么时候停止了转动，因为里面如果很热的话，它里面有流动的话，那么火星是有个发电机，就会有，火星就有磁场，所以它是这样来研究行星的变化过程的。
袁岚峰：我来向大家解释一下，就是火星现在的状态它是没有磁场，而且它也没有地质活动了，因为它里面没能量了，但我们知道它以前肯定是有的，比如说火星上有很多很高的山，什么叫做奥林匹斯山，那个山的高度是2万多米，比我们的珠穆朗玛峰要高出两三倍，它怎么会这么高呢，那就是火星当初的火山活动喷出来的，但它现在已经没有了，所以它肯定是在某个时间它这个磁场，它那个熔岩冷却下来了，磁场就没了，但到底是什么时候？袁岚峰：但是非常悲剧的是他那个打洞失败了是吧？他一直没有打下去，然后我看到一篇很专业的文章来分析他打洞为什么失败（《“解救鼹鼠”历时一年半宣告失败，NASA洞察号遗憾放弃打洞 | 行星事务所》）[1] ，是因为他当初在地球上做模拟的时候，拿一些真实的岩石土壤模拟的时候，取的那个样本，其实你已经模拟出来了，就拿一个跟火星相近的样品你会发现打不下去，但是那个时间来不及改，然后他们就换一个样本，他把样品给改了，然后它就可以打下去，它就这样稀里糊涂上天了，然后真到那之后发现还是打不下去。所以你不能去胡乱改变你的模拟的条件，就得到这样一个教训，让人觉得很哭笑不得的一个结论。
而且他那个探测器是德国做的，德国人搭乘美国的火箭上天，结果到了火星之后，真到了它发挥用场的时候，发现最基本的打都打不下去，所以让德国的探测器也给白瞎了，这是非常可惜的事情。但总之美国还是取得了非常重大的成果，就是说它发现火星上有水，而且它在火星地底下也有水，就现在发现火星上的水有两种，一种是固态的，就是冰，比方说两极的地方，它有很多这种水的冰，当然也有所谓干冰，那其实是固态二氧化碳，另外一类是在地下很深的地方，你比方说地下几十米，还有很多液态的水，你说火星上怎么会有液态的水，那么冷，答案是那是一个盐分很高的水，它是一个卤水，它可能在零下几十度它也没结冰，可见那个盐分肯定非常高，但是再怎么高它也是液态的水，它还有可能有生命存在的。
所以地球上其实都已经有这种东西了，地球上不管是火山旁边，还是一个冷泉旁边，还是一个热泉旁边，或者是一个没有氧气的地方，各种稀奇古怪的地方，居然都会有生命存在。它可以不用光合作用，它可以不用太阳光，但是它可以依靠当地的一些化学反应，比方说那儿有个硫酸盐有个硝酸盐，它就分解这些东西它都可以存活。所以我们现在火星探测的主要任务就是去那儿找生命了，如果你在火星上找到一个生命，那绝对是一个爆炸性的成就是吧？这是人类第一次在外星球找到生命。下面我们再来谈资金的问题，美国这次火星车毅力号，它官方的耗资是27亿美元，那我们花了多少钱？周炳红：其实也不是很清楚，因为这个钱他怎么界定他花的钱，但是有一个我们可以用科学的方法，来估算一下他要投入多少人力和物力，就是投入多少人年。像美国它不是总共花费是27亿美元，那么其实NASA是有公开数据，就是他们平均一个人一年会使用多少研究经费，大概是50万美元，所以你这样算下来，美国投入到这个的，完整的人年数大概就是6000人年，但这6000人他不会说只做这一件事，像我们其实会同时有一般有3-4个项目来做，如果按4个项目，意味着美国毅力号这个任务，它是应该投入了6000人左右，持续了4年时间，每年平均投入每个人投入3-4个月，这种量级也就是6000人左右，所以可能估计中国大概这个人数会差不多就万把人左右，稍微再估计一下。那么4~5年时间，这种投入是有的。袁岚峰：所以我们能够估计出人年，至于花的钱是多少，大家就可以自己去估算了。刘勇：从我的角度来讲的话，我们中国的航天相比美国的航天，我们花的钱，我们通常是花小钱办大事。我们的嫦娥工程花的钱，相比阿波罗工程花的钱要少得多了。我们现在每年的航天的预算基本上跟美国是1:10这样一个关系。周炳红：但做的任务数量其实差不多了，你看火箭发射数是差不多，基本上是1:1的关系。袁岚峰：但是这个还是指的官方的，你如果把SpaceX算上，它一家又超过了其他所有官方的。周炳红：它数量多，它卫星数量特别多，但总的发射次数，美国跟中国是1:1，加起来，包括SpaceX。周炳红：对，我们这两年看，有的时候还比他多一两次。袁岚峰：所以我们花小钱办大事，这个模式不可能永远持续的，将来我们一定要过渡到花大钱办大事这个阶段，否则你就不可能办成。周炳红：他除了这些我们能看到这些航天任务，他其实为长远也做了很多储备，这是一个，还有就是它里面会用一些更昂贵的技术，比如说他们为载人登火已经在预先研究这些核火箭发动机什么的。刘勇：其实我在美国的时候也有这个体会，航天这个行业还是高风险，但是有的时候你会觉得它很保守，为什么这么说呢？因为一个东西要上过天了之后我才能用它。但是谁会敢第一次尝试让它上天呢？刘勇：所以航天是需要去尝试新技术的，但是为了保证这个任务成功，我们又不得不用一些成熟的技术，包括我以前在美国参加一些卫星计划，他们上天那些载荷。袁岚峰：你在美国的时候都已经参加过卫星计划了？您在NASA工作过吗？刘勇：读书，然后后来工作，我是做仪器的数据定标，数据标定。所以我就要接受我要很清楚地知道仪器的数据，各种噪音、各种因素影响。刘勇：对，calibration。反正是一个很烧脑的工作。袁岚峰：其实是要找出各种各样的噪音的源头是吧，然后再把它扣除掉。刘勇：他们有一个词叫data mining。就像挖矿一样。刘勇：对，就是你把一大团的石块，可能里头只有这么小一点是金子的这种感觉。扩展阅读：
背景简介：袁岚峰，中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员，中国科学技术大学科技传播系副主任，中国科学院科学传播研究中心副主任，科技与战略风云学会会长，“科技袁人”节目主讲人，安徽省科学技术协会常务委员，中国青少年新媒体协会常务理事，中国科普作家协会理事，入选“典赞·2018科普中国”十大科学传播人物，微博@中科大胡不归，知乎@袁岚峰（https://www.zhihu.com/people/yuan-lan-feng-8）。责任编辑：祝阳