2020年7月23日，中国“天问一号”火星探测器搭乘长征五号遥四运载火箭升空，开启中国首次自主火星探测任务。新华社发

2021年2月10日，在北京航天飞行控制中心指挥大厅，航天人员庆祝“天问一号”环绕火星成功。

    火星上到底有没有生命？为什么火星有“两张面孔”？火星上有流动的液态水吗……从古至今，这颗铁锈色的行星一直充满着神秘色彩。从20世纪60年代起，人类在探索这颗星球的征途上前仆后继、步步惊心。

    在这一深空探测的浪潮中，又岂能少了中国的身影？

    2020年7月23日，我国首个火星探测器“天问一号”成功发射。历经7个月的太空飞行后，2021年2月10日，“天问一号”终于飞抵火星，并成功实施捕获制动，精准进入环火轨道，开启了环绕火星之旅。

    目标

    我们为什么钟情于火星

    从20世纪60年代起，人类曾进行了四十多次火星探测任务，2020年火星探测再次成为热门。我们不禁会好奇，金星和火星都是地球的邻居，处太阳系内的宜居带，为什么我们选择火星呢？

    事实上，金星也曾上过“热搜”。

    科学家们曾对金星展开不断探索，发现金星上面的环境实在是太恶劣了，高达460℃左右的温度，相当于地球90多倍的气压，空气中尽是二氧化碳……就这样，金星被科学家们“冷落”了，在载人登月之后，火星成为人类登陆行星的首选目标。

    相较而言，火星的确“优势”颇多，更被青睐。

    根据目前对太阳系各个行星的探测，火星的物理性质和化学性质与地球最为相近，地球和火星就像是太阳系里的两兄弟。火星的自转周期为24小时37分22秒，也就是说，火星上的一天与地球上的一天非常接近。

    而且，火星也是倾斜着身子自转，自转轴倾角与地球十分接近。此外，火星的昼夜长短及四季变化与地球也几乎一样，火星的表面温度与地球也最为接近。因此，研究火星对认识地球演变具有非常重要的比较意义，选择火星既是一种现实能力考虑，也是一种科学研究需要。

    随着人类探索的推进，火星也并未让我们失望，已经陆续发现了更多令人振奋的消息。

    我们不妨大胆畅想，随着对火星以及宇宙认知的加深，随着科技的进步，我们很有可能通过火星去解密生命真相，建立生命家园。

    出发

    不是说走就能走的旅行

    去火星旅行，可不是说走就能走的。

    要想去火星，动辄需要高达70公里/秒的逃逸速度，而目前人类的运载火箭所能提供的最大逃逸速度仅为15公里/秒左右。为了尽量节省能量，我们通常选择“霍曼转移”的方式来实现地火转移，而这需要等待地球与火星公转到特定的相对位置时发射火星探测器。

    根据地火在太阳系的相对运动关系，约26个月才会出现一次从地球发射探测器到火星的机会，每一次机会有半个月到一个月左右的时间，而每天火箭发射探测器有30分钟左右的发射机会，这就是所谓的“窗口期”。发射窗口期非常局限，一旦错过，需要等上26个月。所以，出发前需要做好完备的组织和协调工作。

    同时，火星最远距地球有4亿公里，大家都知道月球距地球最远距离只有40万公里，这就使得深空测控通信上有延迟。当地球和火星距离达到4亿公里时，时延可达到20多分钟，这也带来一个问题，探测器自主探测能力一定要强。因此，出发前需要做好精确的测量和控制工作。

    事实上，相比探月工程的经验积累，“天问一号”则是我国首次火星探测任务，需要在缺乏关于火星大气、地表环境的一手数据的情况下完成“绕、落、巡”三大目标，加之太空环境暗流涌动，隐藏着多种干扰因素，如星球引力摄动、太阳风、空间辐射等，技术挑战和难度极大。而我国设计人员综合考虑了各种因素，进行了大量计算，为咱们的探测器量身定做一条通往火星的星际高速公路，助力“天问一号”在旅程中精准飞行。

    闯关

    必须一次成功的太空刹车

    “天问一号”过五关斩六将，经过4次中途修正和1次深空机动修正飞行路径，环绕器逐渐飞近火星，进入火星捕获段。

    火星捕获是火星探测任务中技术风险最高的环节之一，捕获的成败决定了火星探测任务的成败，这一点火制动过程通常被称为“踩刹车”。这脚刹车可以说太难了，刹车踩早了，探测器速度降得过低，探测器会坠入大气层撞击火星；刹车踩晚了，探测器就不能被火星引力捕获，从而飞离火星。只有时机和时长分秒不差，才能形成理想的捕获轨道。

    而且，这次刹车，有且仅有一次机会，且时间仅30分钟左右，不能中断。然而，探测器距离地球太过遥远，地面无法对这一制动过程进行实时监控，只能依靠探测器自主执行捕获策略。面对这一“难点”，设计人员进行了近两百种故障工况的分析，编写了近两百份故障预案，保证火星探测器对可能发生的情况进行恰当的判断和反应。

    在此次近火制动任务中，刹车制动踩得稳、准、狠。实现了“绕、着、巡”第一步“绕”的目标，环绕火星获得成功。

    “天问一号”在进入火星轨道后还要迈过两道难关，第一道难关是在火星轨道上环绕2至3个月之后还要寻找一个非常好的小窗口，让它进入到火星大气并完成着陆。第二道难关是软着陆在火星表面后，还要把火星车释放到火星表面上，让它走起来并开展探测。

    “冥昭瞢暗，谁能极之？”2300多年前，我国浪漫主义诗人屈原用长诗《天问》，向宇宙洪荒、天地自然发问。今天，天问一号“太空刹车”成功，顺利进入环火轨道，中国人迈向更远深空的步伐越来越自信，越来越坚定。作为我国首次行星探测任务，让我们共同期待，“天问一号”突破重重难关，在火星留下“中国印记”，实现预期科学目标。