2020年中国将首探火星！四问火星探测到底有多难

jay · 发表于 2019-7-8 18:02

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新京报讯（记者倪伟）今天（7月8日），中国火星探测又一次引发关注。在山东举办的2019软件定义卫星高峰论坛上，中国科学院院士、中国月球探测工程首席科学家欧阳自远在报告中透露：中国将于2020年探测火星。

欧阳自远表示，此次中国将通过火星卫星、火星着陆器、火星车联合探测火星，目前火星车已经准备好。

航天专家表示，中国火星探测起步较晚但起点高、效率高。值得注意的是，在首次任务中一次性实现“绕”“落”“巡”三大任务，在航天史上史无前例。

2016年“中国火星探测工程名称和图形标识全球征集活动”新闻发布会公布的火星探测器飞行效果图。

释疑1：为何选择明年“探火”？

探火时间有讲究，2年一次窗口期。
每隔两年，全球都会迎来一次火星探测小高潮。
面向2020年，全球多个火星探测器已经整装待发。航天专家庞之浩介绍，明年可能是史上最密集的火星探测期，已经有5个国家宣布了探火计划。除了中国，美国计划发射新型火星探测车，欧空局计划发射ExoMars火星车，印度、阿联酋也计划2020年向火星送出探测器。
这是因为，根据地球与火星位置关系，每26个月火星会有一次距离地球最近的机会，这也是发射火星探测器的最佳时间窗口。在这个时间点发射火星探测器，将节省大量燃料，缩短抵达的时间。2020年就将迎来一个窗口期，大约1个月左右。
“如果没有把握好窗口，就只能再等两年。”庞之浩说，美国洞察号火星车原计划2016年发射，因为一个仪器的故障，不得已推迟到2018年才升空。
欧阳自远透露，我国已完成火星探测轨道设计、测控通信、自主导航、表面软着陆等关键技术的科研攻关，为我国自主火星探测奠定了技术基础。
释疑2：首次“登火”难在哪？
“相当于从巴黎击出一只高尔夫球，落在东京的一个洞里。”
据相关部门公开信息，中国首次火星探测将实现软着陆，在火星表面释放火星车，开展巡视探测。对比嫦娥探月工程，嫦娥一号、二号实施绕月，嫦娥三号才实现软着陆。我国火星探测则将一次性走完探月的三步。
这在世界航天史上是史无前例的。
庞之浩介绍，在此之前，只有美国在一次火星任务中同时完成“绕”和“落”，欧洲曾两次尝试“绕”和“落”，都以失败告终。而中国计划在一次火星任务中完成“绕”“落”“巡”三大任务，难度非常大。
据媒体报道，至今全球火星探测成功率大约为40%，火星因此有“航天器坟场”之称。庞之浩介绍，最危险的环节在于进入火星轨道和着陆两个阶段。
“什么时候‘刹车’进入火星轨道，进入轨道的角度是多少，何时打开降落伞，何时切断降落伞……每个环节都步步惊心，都需要精准计算、毫秒不差。”庞之浩说，航天器着陆的那7分钟被称为“恐怖7分钟”。
由于信号强度与距离的平方成反比，距离越远信号越弱，同时地火的距离还带来至少10分钟的信号延时，探测器进入火星轨道和着陆的那段关键时间，只能依靠研究人员提前输入的数据，由探测器进行自主判断。
火星探测与月球探测最大的不同，就在于距离的悬殊。地月平均距离为38万公里，而地火最近距离为5500万公里，最远为3亿~4亿公里，这对测控能力有极高的要求。有人比喻，让火星探测器精准着陆，相当于从巴黎击出一只高尔夫球，落在东京的一个洞里。
面对探火的种种难度，中国已经做了大量准备工作，数次成功的探月任务也奠定了重要的技术基础。首先，发射火星探测器需要大推力运载火箭，我国长征五号火箭已经具备这样的能力；其次，针对超远距离的测控，我国已经建成深空测控站，并在嫦娥二号拓展任务中实现了超过1亿公里的测控；再次，探月取得的成功，帮助中国在着陆、巡视技术等领域奠定了基础。
“中国火星探测起步较晚，但是起点高，所以效率也会比较高。虽然很难，还是有信心的。”庞之浩说。
2016年“中国火星探测工程名称和图形标识全球征集活动”新闻发布会公布的火星车与着陆巡视器外观设计构型图。
释疑3：中国首次探火要做什么？
探测火星过去、现在的生命信息。
中国火星探测器去火星肩负了什么任务？欧阳自远表示，火星探测的科学问题主要有三个方面：其一是探测火星上的生命活动信息，包括火星上现在生命的信息、过去是否存在过生命、火星生命生存的条件和环境等。
其二，是火星本体科学的研究，为研究火星积累资料，主要包括火星磁层、电离层与大气层的探测与环境科学，火星地形地貌特征与分区，火星表面物质组成与分布，地质特征与构造区划，火星内部结构、成分、内禀磁场探测等。
其三，是探讨火星的长期改造与今后大量移民、建立人类第二个栖息地的前景，为人类社会的持续发展服务。
欧阳自远说，火星表面有很多古河床，证明以前有河流，然而如今表面没有天然水存在，中国将探测火星地下水的分布。
中国首次火星探测任务工程总设计师张荣桥此前曾介绍，首次火星探测任务要探测火星的形貌、土壤、环境、大气，研究火星上的水冰分布、物理场和内部结构。
释疑4：移民火星要过几重关？
需核动力火箭、中转站、环境改造，等待革命性技术。
随着SpaceX创始人埃隆·马斯克对“移民火星”不遗余力的宣传，这个科幻命题似乎已经触手可及。
但在庞之浩看来，移民火星非常困难，载人登陆火星都还没有实现，移民火星仅停留在构想阶段。
载人登陆火星目前还面临着技术难题。由于飞往火星单程至少7个月，要携带大量的生命保障资源，需要更强大的火箭和飞船。对执行任务的航天员来说，长期飞行会导致肌肉萎缩、骨质脱钙，辐射也会对身体造成影响。
宇航界有人提出利用核动力火箭，有可能解决这些问题。庞之浩说，目前常规火箭飞行速度为每小时2万公里，而核动力火箭能达到8万多公里，一两个月就能到达火星，“但核动力研制难度很大，人类想在2030年代登陆火星，都是很难的事情。”
除了运输工具火箭，人类登陆火星或许还需要一个中转基地，月球正是最佳选项，这就需要事先进行基地建设。此外，移民前还需要改造火星，将火星改造为适宜大量人口居住的环境。
“现在讨论火星移民有点太乐观，需要技术的革命性进展。有人说，乐观地看需要100年，不乐观的话需要800年。”庞之浩说，但现在开始构想也是非常必要的，因为未来地球或许会面临人口爆发、资源枯竭、地外天体撞击等威胁，太空移民事关人类生存。
2016年“中国火星探测工程名称和图形标识全球征集活动”新闻发布会公布的火星车与着陆巡视器外观设计构型图。
【背景】
中国2020年、2028年前后将两次探火
中国2020年探火，这一计划已非首次披露。
去年9月，在首届世界公众科学素质促进大会“太空探索与人类未来”分论坛上，国家航天局系统工程司司长李国平就曾“官宣”，我国将在2020年和2028年左右进行两次火星探测，后一次将采样返回。
李国平说，我国深空探测工程初步明确了四次任务。第一次任务是火星探测，计划在2020年7月份发射火星探测器，预计经过10个月的飞行，2021年到达火星，着陆火星表面并进行巡视探测。其后，计划2028年左右进行第二次火星探测任务，并采集火星土壤返回地球。
去年，作为探火工程的火箭、探测器系统研制方，中国航天科技集团也公布计划，未来3年将实施我国首次火星探测，主要内容为无人火星环绕和着陆巡视探测。
最新消息为今年4月18日，新京报记者从2019年月球和深空探测国际学术研讨会上获悉，我国嫦娥五号、嫦娥六号和中国首个火星探测器等重大工程任务目前正组织开展。
中国航天科技集团所属中国空间技术研究院在会上介绍，该院正组织开展以上重大工程任务的研制，并将发挥航天工程技术能力优势，支撑国家各级主管部门加快推进无人月球科研站、小行星探测、火星和木星系探测、太阳系边际探测和行星际探测等一系列后续重大项目的规划及实施。
另外，我国还计划进行小行星探测，在2030年前后开展木星系探测和行星系探测。
新京报记者倪伟编辑陈思
校对范锦春

[责任编辑：于雷 PT032]

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