據(jù)國(guó)家航天局消息，5 月 15 日 7 時(shí) 18 分，經(jīng)由航天科技集團(tuán)研制研發(fā)的火星探測(cè)器天問(wèn)一號(hào)，經(jīng)歷了十個(gè)月的太空旅行后，攜帶其著陸巡視器成功著陸火星烏托邦平原。至此，中國(guó)成為了全球繼美國(guó)后，第二個(gè)成功登陸火星的國(guó)家。
“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器總重約為 5 噸，由環(huán)繞器和著陸巡視器組成，著陸巡視器主要包括進(jìn)入艙和“祝融號(hào)”火星車。該探測(cè)器于 2020 年 7 月從我國(guó)南部的文昌航天發(fā)射場(chǎng)發(fā)射升空。
祝融號(hào)火星車重 240 公斤，攜帶有地形相機(jī)、多光譜相機(jī)、次表層探測(cè)雷達(dá)、磁強(qiáng)計(jì)以及成分探測(cè)儀等共 6 臺(tái)科學(xué)有效載荷。
近些年，各國(guó)密集開(kāi)展了各種火星探測(cè)計(jì)劃，除了天問(wèn)一號(hào)，美國(guó)和沙特去年同一時(shí)間也相繼發(fā)射了火星探測(cè)器。美國(guó)的探測(cè)器已于三個(gè)月前登陸火星，相比之下，我國(guó)的天問(wèn)一號(hào)早發(fā)射卻晚登陸，晚登陸的三個(gè)月其實(shí)包含著“大學(xué)問(wèn)”。
經(jīng)歷“恐怖九分鐘”，實(shí)現(xiàn)“巨大飛躍”
從進(jìn)入火星大氣到著陸火星表面是整個(gè)火星著陸過(guò)程中最為驚險(xiǎn)的時(shí)刻。天問(wèn)一號(hào)任務(wù)火星著陸分為氣動(dòng)減速、傘系減速、動(dòng)力減速、懸停避障與緩速下降四個(gè)階段，歷時(shí)“恐怖九分鐘”。
下面是視頻：
火星目前距離地球超過(guò) 3 億公里，天問(wèn)一號(hào)發(fā)出的訊號(hào)需要約 18 分鐘才能傳送到地球，因此科學(xué)家無(wú)法作出實(shí)時(shí)監(jiān)察或操控，天問(wèn)一號(hào)必須完全依靠自身計(jì)算機(jī)獨(dú)立完成著陸全過(guò)程。
天問(wèn)一號(hào)由軌道器、著陸器和巡視器組成，著巡組合體放置于氣動(dòng)外罩之中。15 日凌晨 4 時(shí)，軌道器首先與著巡組合體分離，它將繼續(xù)繞著火星飛行，為著陸器和地球提供中繼通信。
經(jīng)過(guò) 3 小時(shí)后，在大約 125 公里的高度，著巡組合體以 11.2° 的進(jìn)入角和 4.8 公里 / 秒的速度進(jìn)入火星大氣。
火星大氣的密度不到地球大氣密度的百分之一，這意味著大氣對(duì)探測(cè)器的減速效果會(huì)很不好。雖然大氣稀薄，但快速的降落摩擦還是會(huì)產(chǎn)生極強(qiáng)的氣動(dòng)加熱效應(yīng)，這將直接導(dǎo)致探測(cè)器表面的溫度升高至 2000 度。
經(jīng)過(guò) 5 分鐘的大氣減速后，降落傘打開(kāi)，探測(cè)器會(huì)進(jìn)一步充分減速，大約 40 秒后，隔熱盾拋離，速度降為 250 米 / 秒。
到了距離火星表面 1.5 公里時(shí)，降落傘和氣動(dòng)外罩的上部分一同被拋離，并啟動(dòng)反推火箭進(jìn)行減速。到了高度為 100 米時(shí)，著巡組合體懸停在空中，它所攜帶的雷達(dá)和光學(xué)相機(jī)將會(huì)尋找合適的降落點(diǎn)。
最終，天問(wèn)一號(hào)于 7 時(shí) 18 分穩(wěn)穩(wěn)地降落于烏托邦平原 25.1°N 109.9°E 位置處。所攜帶的“祝融號(hào)”成為人類史上第六臺(tái)探索火星表面的火星車。
意大利博洛尼亞射電天文學(xué)研究所的行星科學(xué)家?jiàn)W羅西表示，"祝融" 火星車著陸成功，就意味著中國(guó)只用一次任務(wù)就實(shí)現(xiàn)了美國(guó)耗費(fèi)數(shù)十年歷經(jīng)多次任務(wù)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，"這是巨大的飛躍"。
火星探測(cè)上演“三國(guó)演義”，跑得慢并不是實(shí)力弱
前蘇聯(lián)、俄羅斯、英國(guó)等多國(guó)過(guò)去都嘗試進(jìn)行火星著陸任務(wù)，但除了中國(guó)外至今只有美國(guó)成功。前蘇聯(lián)在 1960 至 1970 年代多次嘗試派出探測(cè)器在火星著陸，最終全數(shù)失敗。而美國(guó)的維京一號(hào)在 1976 年降落火星，是首個(gè)成功降落的探測(cè)器。
天問(wèn)一號(hào)是中國(guó)第二個(gè)主要的火星探測(cè)任務(wù)，上一個(gè)任務(wù)是 2011 年與俄羅斯合作的螢火一號(hào)，原本計(jì)劃會(huì)環(huán)繞火星運(yùn)行并收集數(shù)據(jù)，但搭載著螢火一號(hào)的俄羅斯火箭出現(xiàn)異常，令螢火一號(hào)無(wú)法離開(kāi)地球軌道，最終掉回地球大氣層燒毀。
地球跟火星的平均距離是 2.25 億公里，最近距離低至 5500 萬(wàn)公里，最遠(yuǎn)距離則高達(dá) 4 億公里。再加上各種因素，火星探測(cè)器的發(fā)射有著最佳的“窗口期”。而距今最近的發(fā)射窗口便是天問(wèn)一號(hào)的發(fā)射日期，2020 年 7 月。
彼時(shí)，有三個(gè)國(guó)家前后發(fā)射了三艘火星探測(cè)器，分別是阿聯(lián)酋的第一個(gè)火星探測(cè)器“希望號(hào)”，于 2020 年 7 月 20 日發(fā)射；我國(guó)的“天問(wèn)一號(hào)”，于 7 月 23 日發(fā)射；美國(guó) NASA 的“毅力號(hào)”，于 7 月 30 日發(fā)射。
2021 年 2 月 10 日 19 時(shí) 52 分，經(jīng)過(guò) 6 個(gè)半月的飛行之后，天問(wèn)一號(hào)順利完成“剎車”減速，進(jìn)入環(huán)火星軌道，成為我國(guó)首顆人造火星衛(wèi)星。幾天后，毅力號(hào)也在 2021 年 2 月 18 日抵達(dá)火星。
不同的是，毅力號(hào)火星車在抵達(dá)火星當(dāng)天就直接著陸了，而天問(wèn)一號(hào)則先繞行了火星三個(gè)月，今天才正式著陸。
為什么會(huì)這樣呢？主要原因有三個(gè)：
首先，天問(wèn)一號(hào)是我國(guó)發(fā)射的首個(gè)火星探測(cè)器，全球首次選擇一次性完成“環(huán)繞、著陸、巡視”三步走探測(cè)方案。天問(wèn)一號(hào)由環(huán)繞器、著陸平臺(tái)和火星車三件套組成，環(huán)繞器進(jìn)入環(huán)火星軌道之后可以一直帶著著陸巡視組合體，有充足的時(shí)間來(lái)選擇合適的著陸時(shí)機(jī)。
▲天問(wèn)一號(hào)“繞”“著”“巡”三位一體
相比之下，NASA 的毅力號(hào)沒(méi)有環(huán)繞器，用的是一個(gè)巡航級(jí)帶著氣動(dòng)外罩（里面塞著火星車）飛往火星，也沒(méi)有進(jìn)入環(huán)火星軌道的設(shè)計(jì)。
等飛到了火星附近，巡航級(jí)一扔，無(wú)枝可依的氣動(dòng)外罩只能立刻扎進(jìn)火星大氣層開(kāi)始著陸，沒(méi)法等待。
那沒(méi)有環(huán)繞器，NASA 的通訊中繼怎么辦？這倒不是毅力號(hào)不需要通訊中繼，主要是美國(guó)已經(jīng)發(fā)射了許多火星探測(cè)器，現(xiàn)在在火星軌道上工作的環(huán)繞器還有好幾個(gè)，完全夠用。
▲天問(wèn)一號(hào)（左）和毅力號(hào)（右）探測(cè)器
其次，還是因?yàn)樘靻?wèn)一號(hào)是我國(guó)第一個(gè)探測(cè)器，相比于美國(guó)巨量的發(fā)射經(jīng)驗(yàn)，很多東西我們得現(xiàn)場(chǎng)摸索，穩(wěn)扎穩(wěn)打?；鹦堑孛矎?fù)雜，天問(wèn)一號(hào)到達(dá)火星之后，先要對(duì)火星地貌進(jìn)行高分辨率成像，以找出合適的著陸點(diǎn)。
NASA 已經(jīng)花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間為備選著陸區(qū)積累高分辨率影像數(shù)據(jù)，也就是說(shuō)，毅力號(hào)在出發(fā)之前就已經(jīng)手握一份著陸區(qū)高清地圖了。
最后，看過(guò)電影《火星救援》的小伙伴們都知道，火星上有著全球性的沙塵暴。1971 年蘇聯(lián)火星 2 號(hào)和火星 3 號(hào)抵達(dá)火星時(shí)，就正好趕上火星全球性的沙塵暴。結(jié)果不僅環(huán)繞器沒(méi)拍到啥東西，著陸車也直接失敗。
▲火星沙塵暴
祝融號(hào)這種使用太陽(yáng)能供電的火星車，更是得比用核電池的毅力號(hào)更加謹(jǐn)慎一些才行。即使沙塵暴沒(méi)有破壞火星車的裝置，單憑遮擋太陽(yáng)光這一點(diǎn)火星車就已經(jīng)受不了了。
2018 年 6 月，火星經(jīng)歷了一場(chǎng)全球性的大型沙塵暴，使用核電池的好奇號(hào)火星車平安挺過(guò)，使用太陽(yáng)能的機(jī)遇號(hào)火星車直接報(bào)銷。
此前的觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，每年的火星春天至夏天期間，北半球都沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)沙塵暴。目前的火星較為平靜，天問(wèn)一號(hào)在 5 月中旬降落火星是最為穩(wěn)妥的。
另外值得一提的是，太陽(yáng)能供電的火星車并不比核動(dòng)力火星車“低級(jí)”。機(jī)遇號(hào)在火星上馳騁探測(cè)了 14 年，至今保持著最長(zhǎng)壽的火星車紀(jì)錄，要不是因?yàn)樯硥m暴還能再戰(zhàn)。相比之下，工作了 8 年多的好奇號(hào)已經(jīng)老態(tài)龍鐘，估計(jì)破記錄無(wú)望了。
移民火星？No！天問(wèn)只為科學(xué)
馬斯克曾公開(kāi)表示有向火星移民 100 萬(wàn)人的計(jì)劃，世界各國(guó)火星探測(cè)計(jì)劃也密集發(fā)布，仿佛已經(jīng)開(kāi)始了火星上的跑馬圈地。
但是，天問(wèn)一號(hào)的職責(zé)可不是為了火星移民。國(guó)家航天局等有關(guān)單位對(duì)天問(wèn)一號(hào)的發(fā)射目標(biāo)有明確的說(shuō)明，即探測(cè)火星地形地貌、火星磁場(chǎng)、地下水、土壤成分和分布、火星大氣層以及氣候變化。
從更大的深空探測(cè)范圍看，NASA 曾組織權(quán)威專家討論撰寫(xiě)了兩個(gè)重要文件：《太陽(yáng)系探索路線圖》和《天體生物學(xué)戰(zhàn)略 2015》。這兩項(xiàng)文件中全面論述了探索太陽(yáng)系以及探索地外生命的目的和方法。
在《太陽(yáng)系探索路線圖》中明確闡述了五個(gè)科學(xué)目標(biāo)：太陽(yáng)系的行星和小天體是如何起源的？太陽(yáng)系是如何演化到目前這般不同的狀態(tài)的？同在太陽(yáng)系誕生，為什么地球、火星、金星和水星現(xiàn)在的狀態(tài)如此不同？導(dǎo)致生命起源的太陽(yáng)系特征是什么？生命是如何在地球上起源和演化的？在太陽(yáng)系的其他地方也有生命嗎？太陽(yáng)系環(huán)境中有哪些會(huì)影響人類在太空生存的災(zāi)害和源頭？
在國(guó)內(nèi)外深空探測(cè)主管部門(mén)的官方文件中，從未提及向地外天體移民的意向。
既然不是為了移民，為什么都要探索火星？
人類使用空間探測(cè)器進(jìn)行火星探測(cè)的歷史幾乎貫穿整個(gè)人類航天史。幾乎就在人類剛剛有能力掙脫地球引力飛向太空的時(shí)候，第一個(gè)火星探測(cè)器也開(kāi)始了它的旅程。
最早期的探測(cè)器幾乎都失敗了，而火星探測(cè)也就是在一次又一次的失敗中不斷前進(jìn)。
從 1964 年“水手 4 號(hào)”火星探測(cè)器發(fā)射、1965 年傳回第一張火星表面照片開(kāi)始，50 多年時(shí)間里，人類已先后開(kāi)展了 50 余次火星探測(cè)。
雖然如此，就目前的探測(cè)水平來(lái)看，各國(guó)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到對(duì)火星探測(cè)清晰明了的程度，更談不上是對(duì)火星上資源的爭(zhēng)奪。
之所以現(xiàn)在各國(guó)都爭(zhēng)相進(jìn)行火星探索，是因?yàn)橄啾扔谄渌?yáng)系內(nèi)的星球，火星更具有科學(xué)探索價(jià)值和條件?；鹦请x地球比較近，我們的探測(cè)器能夠到達(dá)。
此外其他星球，如金星的條件太過(guò)惡劣，通過(guò)探測(cè)金星來(lái)搞清一些重大科學(xué)問(wèn)題，技術(shù)難度也比較大。綜合考量下來(lái)，火星探索的可行性更大，但絕不是要去移民火星。
從科學(xué)價(jià)值來(lái)看，火星能反映出很多問(wèn)題，對(duì)人類了解地球會(huì)有幫助。比如為什么同在太陽(yáng)系，各個(gè)行星演化的結(jié)果卻有所不同？
如果能找到何種原因?qū)е赂鞔笮行茄莼Y(jié)果的不同，那么我們就能更好地了解地球演化的過(guò)去。我們通過(guò)對(duì)其他天體的探測(cè)考察，能夠找到更多與地球有關(guān)的答案。
火星表面有縱橫的溝渠，或許火星過(guò)去表面也遍布河流、海洋。有水，就可能有生命；有生命，就有可能有智慧生命，有“火星人”。
但是，為什么現(xiàn)在的火星一片“死寂”？是星球本身的變化還是“火星人”的作死破壞？如果真的是這樣，地球會(huì)不會(huì)重蹈覆轍？這世界有太多秘密值得我們?nèi)ヌ剿鳌?/p>
▲火星河流遺跡
仰望星空是為了更好的腳踏實(shí)地，“天問(wèn)一號(hào)”的成功，不僅是我國(guó)科學(xué)技術(shù)界的一大勝利，也將成為世界科學(xué)史的一個(gè)里程碑。
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