施佬胡诌：“天问一号”即将出发！人类为何如此执着探索火星？

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7月24日，中国火星探测器“天问一号”即将由长征5号运载火箭发射，开始进行我国首次完全自主组织实施发射的火星探测任务。虽然距离探测器抵达火星还有好几个月的时间，但对于中国乃至世界的火星探测工程而言，这无疑是极为重要的一个里程碑。

人类对于火星的观测历史可以追溯到公元前，但是对火星的探索是最近60年才进行的事情。毕竟火星是距离地球最近的太阳系行星之一，同时也是环境和地球相对接近，探测相对容易的一颗行星。虽然咱们中学地理课背书的时候说“水金地火木土”，金星距离地球也相对较近，但是金星上大气压是地球的90倍，最高气温可达480度，对于探测器而言过于恶劣，加上人类对于火星在过往的好奇实在是太旺盛了，什么火星上的运河、火星人入侵地球，甚至殖民火星，反正既然老喜欢编排火星，因此在对其他行星的探测中，探测火星当仁不让就排在第一位。

不过虽说火星和地球的距离“较近”，但对于当代航天飞行而言依然是个不小的挑战，地球和月球之间的38万公里距离已经算不小了，火星和地球之间最近的时候也要5500亿公里，最远的时候更是要达到4亿公里，因此人类探测火星也要选择合适的时机。作为太阳的两颗行星，当火星处在太阳和地球之间，且三者处于一线的时候自然是火星和地球距离最短的时候，天文学上称之为火星冲日。在此期间发射探测器可以将旅行时间缩至最短且最大程度地节省燃料。按照火星和地球的公转周期，平均每26个月左右会迎来一次火星冲日，因此各种火星探测活动大都在火星冲日前后，而平均每15-17年一次的火星大冲前后，火星和地球的距离会进一步缩短，因此火星大冲又是火星冲日中探测火星的最佳时机。当然对我们来说，最近的一次火星大冲是2018年7月27日，已经赶不上了；下一次则要到2035年9月16日，又太远了赶不上。

也正是因此，火星探测是一个非常讲究时机的活动，现在各国的火星探测器也是两年一次“扎堆发射”，比如7月20日，阿联酋首个火星探测器希望号就搭乘日本H-2A运载火箭升空，之后7月30日，美国还计划再发射一辆“毅力”号火星车到月球。在冷战高峰期的时候，美苏两国甚至会在一个火星探测窗口期内各自发射3-4个火星探测器，以提高探测的成功率。毕竟这玩意儿可不是观察员会员那样可以“下次一定”，两年一次的机会那是绝对不能错过的，苏联甚至出过火星探测器因为错过了发射窗口，被迫“大材小用”用于月球探测的情况。

不过长期以来，火星探测因为技术难度大、成本相对较高，且科学研究的实用意义相对有限，因此一度被视为发达国家的“专利”，人类20世纪进行的所有火星探测发射中，除了1998年日本一次燃料耗尽没有抵达火星的希望号探测器是日本发射的以外，其余的37个探测器全部是美苏两国以及苏联的继承者俄罗斯发射的。从1960年10月10日苏联进行第一次探测火星的尝试以来人类全部的50多个探测器中，绝大多数也都是美苏及俄罗斯进行的。不过即使如此，以两个超级大国为代表的火星探测的成功率也只有43%，火星探测在技术上的难度之大可见一斑。

在成功的这些火星探测活动中，依据对火星探测的方式不同，可以分成这么几种：一种就是技术相对最简单的绕火星探测，也就是发射的探测器在经过地火转移轨道飞到火星后成为其卫星，依靠拍摄照片和其他遥感探测手段对火星进行探测，另一种则是火星表面登陆器，也就是将探测器发射后，通过一定的减速手段降落到火星表面，相比在天上隔着火星大气远远看个热闹，落到火星表面的探测器能够和火星零距离接触，还能直接从火星表面的土壤上取样进行分析，虽然能探测的范围远不如绕火星的探测器，但探测的细致程度则要上一个台阶。而比起固定的探测器，能够自行机动的火星车则能够探测比火星表面登陆器更大的火星表面，技术水平和研制难度自然要更高一层。

早期的火星探测器都是单纯的绕火探测器，上世纪70年代以后，美苏也都开始发射带有登陆器的火星探测器，这种“买一送一”的探测方式效率较高，因此直到现在，各国的火星轨道探测器大都会携带一个或大或小的登陆器，扔到火星表面上去碰碰运气；至于火星车，1996年，美国发射了人类第一辆火星车“旅居者”号，它装在一个三角锥型的着陆器“探路者”号之中，在着陆器登陆成功并展开后自行驶出，这种能够在火星上边走边探测的设备很受美国火星研究人员的喜爱，因此随着火星探测技术的不断成熟，火星车也在一代代发展中越造越大。1996年发射的第一代的“旅居者”只有65厘米长，差不多是一个微波炉那么点儿，而到了2003年第二代的“勇气”号和“机遇”号，尺寸就增大到1.6米，差不多有一辆电动车那么大小了；至于2011年发射的“好奇”号火星车就达到了3米，已经相当于一辆微型面包车了，这也成为目前人类在火星上最为复杂和先进的探测设备。

相比美苏、俄罗斯和欧空局，由于技术的限制和综合国力的差距，中国在包括火星探测在内的整个深空探测领域起步都比较晚。在探测火星之前，按照先近后远，先易后难的思路，中国在2003年上马了被称为嫦娥工程的中国探月工程，按照“绕”、“落”、“巡”、“回”的顺序，先后发射嫦娥一号到嫦娥五号的月球探测器，并计划在嫦娥五号发射成功后再视情况展开后续的月球探索任务。

在这一系列任务中，中国航天精打细算的特点表露无疑，比如原本用于绕月探测的嫦娥二号探测器在2011年完成绕月探测任务并达到设计寿命后，为了物尽其用，中国航天先是将嫦娥二号探测器派往前往距地球约150万公里远的日－地拉格朗日L2点，对太阳实施探测，同时进行测控技术等试验。再是让其从最近仅3.2公里的地方掠过4179号小行星执行探测任务。最后还让其进一步执行深空探测任务，并在2014年年中就抵达了距地球1亿公里远的距离。

在火星探测任务上，由于技术更难，投资更大，加上中国在火星探测领域没有先例，因此中国选择了国际合作作为探火的开端，中国火星探测也分为“绕”、“落”、“巡”、“回”四个阶段，其中的第一阶段，即轨道器环绕火星进行探测原计划是由中国制造的轨道器萤火一号，搭载在福布斯-土壤火卫探测器上，通过“搭便车”的方法，由俄罗斯发射来完成“绕”步任务，萤火二号来完成“落”步任务，不过与萤火一号共同发射的福布斯-土壤火卫探测器却是命途多舛，先是发射时间从原计划的2009年推迟到2011年，让2008年就完成初样的萤火一号多等了两年；再是2011年福布斯-土壤火卫探测器2011年发射后因为设备故障，导致探测器未能脱离地地轨道进入地火转移轨道，最终和搭载的萤火一号一道在2012年坠入太平洋。

萤火一号的发射失利打乱了中国火星探测的节奏，也让原计划登陆火星的萤火二号一度进退失据。印度在2013年发射了曼加里安号火星轨道探测器，并在10个月后成功进入火星轨道。虽说曼加里安号在技术上没有特别的亮点，1.35吨的探测器上63%的重量是燃料，只有15千克的载荷，能进行的科研内容很有限，轨道调整和通讯定位更是外包给了美国NASA，算是一个很典型的政绩工程。但它确实首开了发展中国家探测火星的先河，也让热衷于“赶超中国”的印度着实高兴了一把。

当然中国的火星探测不是为了和印度较劲去的，不过在萤火一号之后，中国的确调整了火星探测的计划，第一是决定不再借助他国运载器，而是使用中国国产的长征系列运载火箭系统来发射深空探测器任务，第二则是得益于国产长征五号较大的运载能力，这次的火星探测器不用像萤火一号一样斤斤计较，只有115千克，最终中国选择了将“绕”、“落”、“巡”三阶段任务一次性完成的方案，即在探测器上同时布置轨道器、着陆器、巡视器三个部分，先进行绕月探测，然后放下着陆器进行火星登陆，最后在放出着陆器内的巡视器，也就是火星车，进行火星表面的巡视和科学考察活动。这一项目在2014年珠海航展上正式展出，一度被暂时命名为“火星一号”，随着任务进展，2020年4月24日，该任务最终命名为“天问一号”。

作为全世界第一款同时配有轨道器、着陆器、巡视器的火星探测器，“天问一号”的要求和技术水平都很高，天问一号总重量达到5吨，火星轨道飞行器重量3175公斤，可以容纳13个不同用途的有效载荷，同时，着陆器上携带的巡视器也重约240公斤，堪比美国第二代的“勇气”号和“机遇”号火星车，也能进行大量的科学考察任务。

7月15日，“天问一号”火星探测器运抵海南文昌航天发射场，7月17日，探测器与长征五号运载火箭结合后，从垂直总装测试厂房转运至101塔架。随后，在7月24日前后，“天问一号”将根据实际情况择机发射，按照计划，进入太空的探测器将继续沿着地火之间的霍曼转移轨道飞行200余天，在2021年2月末按照计划到达火星轨道。顺利到达火星后，火星车将停留90个火星日，开展巡视探测、火星地貌特征研究等多项任务。

作为中国完全自主火星探测的第一步，“天问一号”如果完全成功，无论是对我国还是人类的火星探测事业，都具有相当重大的开拓意义。它将成为世界上第一个同时成功对火星实现“绕”、“落”、“巡”的探测设备，也将让中国将成为世界上第二个在月球上拥有自己的火星车的国家。更重要的，则是宣布中国作为一个正在努力冲向世界航天第一梯队的后来国家，在关乎人类未来命运和发展方向的宇宙深空探测和火星探测领域做出自己重要的贡献。当然，探索火星真的是道阻且长，我们还是静候“天问一号”的好消息吧。

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