《火星，我们来了！》
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“以嫦娥四号任务圆满成功为标志,中国探月工程四期和深空探测工程全面拉开序幕.嫦娥五号月面采样返回任务将于今年年底左右实施,中国首次火星探测任务将于2020年前后实施.”2019年1月14日,国家航天局副局长、探月工程副总指挥吴艳华在发布会上披露了在太空探索事业上的下一步计划.
这并不是中国首次公布自己的火星探索计划.2018年11月5日,于珠海举行的中国国际航空航天博览会上,中国国家航天局系统工程司副司长赵坚,曾介绍中国航天未来深空探测工程领域重点任务：“我国首次火星探测任务计划在2020年左右实施,实现2021年火星探测器着陆火星.后续至2030年前后,我国还将实施小行星探测、火星取样、木星系探测及行星穿越等三次深空探测任务.”
迄今为止,全世界已有美国、俄罗斯、日本、印度等国发射过火星探测器,然而,除了美国以外,其他国家成功的案例屈指可数.
作为后来者,中国在完成了探月工程三期以后,准备向火星进发,堪称一步一个脚印.就连美国国家航空航天局（NASA）局长吉姆·布里登斯廷（Jim Bridenstine）都在劝说美国政府,现在与中国合作还来得及.1月18日,美国方面果然迫不及待披露——美中两国航天机构正在协调月球探索方面的努力.
探月为火星探测架起“鹊桥”
很多人知道美国、苏联以及苏联解体后的俄罗斯向火星发射过探测器,实际上,日本和印度也相继在1998年和2014年向火星发射过探测器.
日本的希望号火星探测器,由日本宇宙科学研究所负责发射升空.在1999年10月到达火星附近時,探测器没有进入预定轨道,几经转轨,最终于2003年被日本放弃.印度的曼加里安号火星探测器,于2013年11月5日在斯里赫里戈达岛航天发射场升空,于2014年进入火星轨道.然而,这是一个据称载荷只有15公斤的小玩意儿.
而中国于2016年1月11日批准立项的火星探测任务,想要做到的则不仅仅是绕着火星轨道转圈,而是一步实现绕火星的探测和着陆火星表面的巡视.由此可知,中国的火星探测器必将携带火星车.
时任中国国家航天局局长许达哲2016年对“一步实现绕火星和着陆”评价称：“这相当有难度.因为每一个发射窗口要26个月才能遇到,我们正在严密地制定工程计划,争取在2020年这个窗口发射探测和着陆巡视的火星探测器.”
“由中国的火星探测器可以研究火星的土壤、环境、大气,甚至世人关注的火星上的水可知——中国2020年发射的火星探测器,肯定比印度的要大很多.”有航天专家向《新民周刊》记者表示,“因为我们有了探月工程的成功经验,等于是有了基础.”
专家所言的“基础”,包括了探月工程的绕月、落月,还有月球车,在未来的探测火星之旅的时候,这些都是用得着的成熟技术.
“中国火星探测器的大小和结构,与嫦娥、玉兔相似,又有不同.”早在2016年,全国政协委员、卫星专家叶培建就曾对媒体如此表述.
探测火星比探月,确实有新的挑战.譬如探测器落于火星表面,和落于月球表面,有一个重大区别,就是火星有大气层而月球没有大气层.这就意味着火星探测器如果要落于火星表面,必须解决穿越火星大气层的问题.在着陆火星的过程中,初始降落速度非常快,为避免与火星大气层摩擦时产生高温烧毁,需要一定升力帮助它减速,使得探测器外侧温度不那么高.据中国科学院院士、中国月球探测工程领导小组高级顾问欧阳自远称,火星由于有大约地球表面百分之一密度的大气,在探测器着陆时,比着陆月球也有优势,那就是可以使用降落伞和气囊.人类登陆火星,还远吗?漫画/崔泓
就公开披露的信息看,2018年全国期间,全国政协委员、中国航天科技集团十一院研究员周伟江曾对外披露,中国计划于2020年发射的火星探测器,已完成气动外形设计,以及气动力、气动热设计工作.周伟江称,与国内外一些探测器采取的调整探测器重心的策略不同,中国着陆火星探测器的独家秘方是——通过开启活动控制部件、配合喷流控制来产生升力.
无论探测器设计成什么样子,地球上的控制中心对它的管控尤为关键.以着陆火星为例,如何控制探测器的姿态非常重要,如果它翻起跟头,可能会被烧蚀或偏离轨道.而在着陆火星的过程中,探测器上会不断有部件分离.譬如先要抛出前盖,打开降落伞,这个过程不能影响飞行稳定性.降到一定高度时,要抛掉大底,由于此时准备着陆的探测器是大底朝前降落,这个动作相当于是迎风完成的.接下来,还要把舱里的巡视器抛出去.这些情况,都有可能影响探测器着陆的稳定性,不仅在探测器气动设计中需要考虑周全,还需要地面管控中心做到精准管控.
地球到月球是38.4万公里；而从地球到火星,最近距离5500万公里,最远距离则要超过4亿公里.从地球向探测器发送管控指令,假设管控指令通过电磁波的方式到达月面需要1.28秒,那么,到达5500万公里以外的火星,就起码需要180秒.如果在4亿公里以外与地球对话,信息发送一个来回则要40分钟.当在地球上发出的电磁波经过漫长的距离后,信号会衰减,需要更大更灵敏的天线进行接收.
在专家看来,2020年中国的地面测控网应能做到对火星探测器的管控.原因在于：2018年5月,中国的月球中继卫星“鹊桥”搭乘长征四号丙运载火箭升空,卫星由火箭送入近地点约200公里、远地点约40万公里的地月转移轨道.之后,通过“鹊桥”,人们看到了月球背面的模样.
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火星引用文献:
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