“天問一號”啟程，我們?yōu)槭裁匆セ鹦?/h1>
2020-08-23 07:46馮華劉詩瑤左瀟王翔宇
決策探索 2020年17期
馮華 劉詩瑤 左瀟 王翔宇
7月23日，我國首次火星探測任務(wù)“天問一號”探測器在中國文昌航天發(fā)射場啟程。隨著長征五號遙四火箭的點火升空，我國拉開了向更遙遠(yuǎn)的深空探測的序幕。我國將通過一次發(fā)射，實現(xiàn)“繞、著、巡”三大任務(wù)，這在世界航天史上尚屬首次。
我國首次火星探測任務(wù)“天問一號”正式啟航，“天問一號”探測器將在地火轉(zhuǎn)移軌道飛行約7個月后，到達(dá)火星附近，通過“剎車”完成火星捕獲，進(jìn)入環(huán)火軌道，并擇機(jī)開展著陸、巡視等任務(wù)，進(jìn)行火星科學(xué)探測。
為什么去火星
最近20多年以來，幾乎每一個發(fā)射窗口都有火星探測器發(fā)射。今年7月，就有3個國家計劃實施火星探測任務(wù)。人們?yōu)槭裁磳鹦乔橛歇氱姡?/p>
中國首次火星探測任務(wù)新聞發(fā)言人、國家航天局探月與航天工程中心副主任劉彤杰表示，火星一直是人類走出地月系統(tǒng)開展深空探測的首選目標(biāo)。以往的探測發(fā)現(xiàn)了存在水的證據(jù)，火星上是否存在孕育生命條件以及火星是地球的過去還是地球的未來，成為火星研究重大科學(xué)問題。研究火星對認(rèn)識地球演變具有非常重要的比較意義。
國家航天局探月與航天工程中心深空探測總體部部長耿言介紹，太陽系共有八大行星，火星的自然條件與地球最為類似。
從工程實踐來看，火星探測相對于其他的行星探測也更容易實現(xiàn)。再從任務(wù)周期來看，金星、火星作為地球的鄰居，飛行時間大約需要6～10個月。而木星則需要飛行7年，水星也需要花費數(shù)年時間。
最難的環(huán)節(jié)是什么
中國首次火星探測任務(wù)總設(shè)計師張榮橋表示，火星探測工程的最大特點是距離遠(yuǎn)、環(huán)境新。
“火星離地球最遠(yuǎn)4億公里，從地面上發(fā)送一項指令，探測器要在23分鐘后才能執(zhí)行，這就給我們的測量、控制帶來了新的難題。”張榮橋說，第二個挑戰(zhàn)是環(huán)境新。“航天器設(shè)計的邏輯是先了解要去的環(huán)境，然后通過各種技術(shù)、手段、措施來保障航天器適應(yīng)這個環(huán)境，但深空探測的特點是要去一個尚不確知的環(huán)境。盡管我們已成功實現(xiàn)月球的軟著陸，但火星和月球的環(huán)境截然不同，給探測器的設(shè)計帶來很大難度?！?/p>
專家介紹，火星探測的關(guān)鍵環(huán)節(jié)非常多，發(fā)射段、捕獲段、兩器分離、著陸過程中氣動減速等等，每一個環(huán)節(jié)都面臨各種挑戰(zhàn)。其中最為關(guān)鍵和核心之處，就是探測器進(jìn)入火星大氣后的著陸過程。由于地球與火星距離遙遠(yuǎn)，整個過程無法由地面實時控制，必須依靠探測器自主完成。這一過程被人們形容為“黑色7分鐘”。
據(jù)介紹，著陸器進(jìn)入火星大氣層的速度高達(dá)18000千米/小時。超高速摩擦將會產(chǎn)生高溫，經(jīng)歷了上千攝氏度高溫的考驗后，降落傘將幫助火星車進(jìn)行減速。隨后火星車將開啟全自動駕駛模式，自主完成減速、懸停，避開火星表面復(fù)雜地形后，緩緩降落至火星表面。
航天科技集團(tuán)五院火星探測器總設(shè)計師孫澤洲說，此次我國火星探測任務(wù)起點高，技術(shù)跨度大，探測器研制中關(guān)聯(lián)性異常復(fù)雜?！斑@次任務(wù)最核心、最難的地方，就是探測器進(jìn)入火星大氣后氣動外形和降落傘減速的過程，只有一次機(jī)會，必須確保成功?！?/p>
火星車著陸后干什么
探測器分為環(huán)繞器和著陸巡視器。劉彤杰介紹，著陸巡視器將在火星烏托邦平原南部預(yù)定區(qū)域?qū)嵤┸浿??！暗竭_(dá)火星不是目的，盡可能獲得有效科學(xué)探測數(shù)據(jù)才是目標(biāo)?！睋?jù)介紹，圍繞火星環(huán)繞的環(huán)繞器搭載了7臺科學(xué)儀器，火星車則攜帶了6臺載荷。
對于環(huán)繞器與著陸器將開展的探測工作，專家做了形象的歸納：照相，去了之后總要看看火星長啥樣，傳回火星圖像;測物質(zhì)，火星表面有什么物質(zhì)，構(gòu)成成分是什么;測環(huán)境，攜帶的這類儀器數(shù)量最多，探測火星的磁場環(huán)境、離子與中性粒子、高能離子等情況;看內(nèi)部，盡管只是探測淺層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，也是大家關(guān)注的焦點，火星地下的分層結(jié)構(gòu)如何，到底有沒有水冰的存在等;看氣象，火星上的溫度變化到底怎么樣，可以測風(fēng)、測溫、測氣壓，還能聽聽火星上有什么聲音。
張榮橋表示，我國首次火星探測任務(wù)2016年正式立項，經(jīng)業(yè)界專家分析研判，最后提出一步實現(xiàn)“繞、著、巡”的工程目標(biāo)?！斑@樣的目標(biāo)對我們來講有難度，但是大家努努力、踮踮腳、伸伸手還是有可能實現(xiàn)的。通過這次任務(wù)的實施，在火星使命牽引下的新一輪創(chuàng)新，對實現(xiàn)航天技術(shù)領(lǐng)域新跨越、推動我國由航天大國走向航天強(qiáng)國意義重大?！?/p>
深空探測下一步怎么走
專家分析，探月工程的經(jīng)驗，以及大推力運載火箭、超1億公里測控等技術(shù)的突破，都為火星探測任務(wù)奠定了堅實基礎(chǔ)。
值得一提的是，長五遙四運載火箭的整流罩上都噴涂了與我國開展航天國際合作的國家和國際組織航天機(jī)構(gòu)的標(biāo)識。國家航天局局長張克儉對此表示，火星探測作為開放性的科學(xué)探索平臺，包括港澳地區(qū)高校在內(nèi)的全國多地研究機(jī)構(gòu)積極參與了研制過程，我國也與歐空局、法國、奧地利、阿根廷等國家和組織開展了多項合作。國家航天局已經(jīng)與40多個國家簽署了100多份合作協(xié)議。張克儉說：“國家航天局愿意與發(fā)達(dá)國家、航天大國進(jìn)行合作，也愿意和一些發(fā)展中國家合作。中國愿意與其他國家共享航天技術(shù)，促進(jìn)全球的合作和發(fā)展。”
火星探索的起步，代表了中國在深空探索領(lǐng)域已確定了下一個方向，中國的行星探測形成了整體概念。
據(jù)透露，“天問”系列探測任務(wù)還將繼續(xù)，我國計劃在2030年開展第二次火星探測任務(wù)，也會繼續(xù)推動小行星探測和木星、土星等更遠(yuǎn)星球的探測工程。
國家航天局探月與航天工程中心主任劉繼忠描繪了深空探測的未來：“除了行星探測，深空探測還包括月球探測和太陽探測。今年，我國將發(fā)射嫦娥五號進(jìn)行月面采樣返回，這是我國探月工程三期的收官之戰(zhàn)，后續(xù)還將探測月球南極，已規(guī)劃嫦娥六號、嫦娥七號和嫦娥八號等任務(wù)，未來也期待與國際同行合作，建立月球科研站。同時，對太陽的探測也會采取多種方式進(jìn)行?！?/p>
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