飞向火星，飞向未来，这趟5500万公里的旅程很“科幻”

大多数的时间里，我们都在埋头赶路，偶尔会停下脚步仰望星空，正是这偶尔的驻足与仰望，让我们汲取了前行的力量。

在浩瀚的宇宙面前，人类是如此的渺小。正是那永不熄灭的好奇心与永不止步的探索欲，让人类成为万物之灵，生生不息。

“圜则九重，孰营度之？”2000多年前，伟大的爱国诗人屈原发出千古一问。今天，这个问题正在给出“中国答案”。

2020年7月23日12时41分，我国在海南岛东北海岸中国文昌航天发射场，用长征五号遥四运载火箭将我国首次火星探测任务“天问一号”探测器发射升空，飞行2000多秒后，成功将探测器送入预定轨道，开启火星探测之旅，迈出了我国自主开展行星探测的第一步。

探测器将在地火转移轨道飞行约7个月后，到达火星附近，通过“刹车”完成火星捕获，进入环火轨道，并择机开展着陆、巡视等任务，进行火星科学探测。

火星，这个直径为地球一半、月球两倍的类地行星，寄托着人类千百年的“科学幻想”。在各类影视作品中，为观众所熟悉和向往。

这一次，中国人向着这颗熟悉而又陌生的星球进发，开启了一场前所未有的“科幻之旅”。

1

火星为什么这么“火”

火星是太阳系八大行星之一，是除了金星以外，距离地球最近的行星。

这颗在夜空中像一簇火光，又忽明忽暗、行踪难测的行星，在人类长期对宏观天宇的探索中，很快占据了人类对宇宙无限遐想的中心位置。

人类对火星似乎总是有种情愫。在古代，中外都有关于火星的传说。

中国古代称火星为“荧惑星”，这是由于火星呈红色，荧光像火，在五行中象征着火。它的亮度常有变化，而且在天空中运动，有时从西向东，有时又从东向西，情况复杂，令人迷惑，所以中国古代叫它“荧惑”，有“荧荧火光、离离乱惑”之意。

在西方，大约4000年前，古埃及人称她为“红色之星”；而古巴比伦人则称这颗红色之星为“死亡之星”；古希腊人和古罗马人好像对火星也没有好感，认为自己在地球上的一举一动总是被火星上的“人”监视着。火星的英文名是Mars，这是罗马神话中战神的名字，在希腊神话中他的名字叫阿瑞斯。

茫茫宇宙，小小的火星为何能引起人类的关注？人类天生就对与自己相似的生物、或者与自己相似的居住地充满兴趣。而火星，跟地球很像。

火星是太阳系由内往外数第四颗行星，是岩质星球，属于类地行星，直径约为地球直径的一半。火星像地球一样，有地壳、地幔、地核。地壳主要由颜色较深的玄武岩构成，这些岩石的成分与25亿年前地球上的岩石成分及其相似。和地球一样，火星也拥有高山、平原和峡谷。火星自转一圈耗时24小时37分左右，所以火星上一天的时间和地球上是差不多的。在火星上也有昼夜，能看到太阳东升西落。

和地球一样，火星也是倾斜着绕太阳公转的，所以在火星上也有一年四季的交替。由于火星的公转速度比地球慢上了一倍，所以火星上的一年相当于地球上的两年，春夏秋冬四季的间隔也比地球分明得多。

正因为这么像，人类对火星的兴趣大过太阳系其他行星。1895年，H·G·威尔斯《世界之战》出版，成为最早具有广泛影响力的火星科幻作品。此后百年，人类文学、艺术中涌现了许多脍炙人口的“火星幻想”：布拉德伯里的火星运河、马特·达蒙的火星土豆；《火星幽灵》《红色星球》《火星惊航》《奔向火星》《通往火星之路》《回到火星》《火星任务》《火星救援》……以火星为题材的电影举不胜举，而且每一部都很火。

它们也许缺乏科学细节，也许充满荒诞想象，但却饱含人类探索的强烈愿望，让我们对这颗神秘的星球更加憧憬。

2

为什么非要去火星？

作为地球的近邻，火星探测的科学价值十分突出。火星曾经被认为是太阳系中最有可能存在地外生命的行星。

火星，到底是地球的过去还是未来？尽管这在科学界尚无定论，但对火星的持续研究无疑将加深人类对地球生命起源和演化的理解。

是什么原因导致火星失去了水？它怎样从一个蓝色星球变成现在一片荒漠的红色星球？其大气、环境是如何演化的？火星的今天有没有可能就是地球的明天？这些都是科学家们想要通过相关探测去解答的问题。

自从能够逃脱重力的束缚起，人类就开始了近距离探索火星的尝试。从1960年至今，人类已经进行了44次火星探测活动，是探测时间最长、次数最多、参与国家也最多的一颗行星。

但是“火星之旅”并不平坦。据公开数据统计，迄今为止，人类探火的完全成功率约为42％，这项成功率比难度极大的人类探月约53％的成功率还要低。

纵观人类航天史，目前也仅有美国和前苏联两个国家成功实现登陆火星，其中美国的海盗1号和海盗2号火星探测器还是迄今为止唯一成功实现通过一次发射完成环绕探测和着陆探测的探测器。

为什么这么难？因为火星距离地球最近时也有大约5000万公里，而探测器抵达火星需要飞行几亿公里，是地月距离的成百上千倍，对发射、轨道、控制、通信和电源等技术都有很高要求。

火箭的运载能力、入轨精度和可靠性是火星探测的重要前提。由于距离遥远，通信也非易事。从地球发送到火星的无线电信号，单程延时约20分钟，这需要探测器具有很强的自主控制能力。

相比月球探测器，火星探测器要进行更多次、更精确的轨道修正，才能准确到达目的地。如果探测器在地火转移轨道近地点有每秒1米的速度差或1公里的高度差，到达火星附近时的位置误差可达10万公里。

正是因为难，所以以火星探测等航天工程为代表的航天能力，是综合国力的象征，在世界竞争格局中发挥着独特的作用。如果“天问一号”获得成功，将成为中国太空探索领域的重要里程碑，将使中国跻身太空精英强国之列。

放眼寰宇，探索浩瀚的宇宙是全人类的共同梦想。对宇宙的探索，不仅促进科学技术的进步，更让人类拥有了在面临严峻问题时依然保持自信，充满解决困难的勇气，团结一致的态度以及进取精神。

1970年，一名赞比亚修女致信NASA航行中心科学副总监史都林格博士，问道：目前地球上还有这么多小孩子吃不上饭，怎么能舍得为远在火星的项目花费数十亿美元？史都林格很快给修女回了信，同时还附带了一张阿波罗8号在环月轨道上拍摄的题为“升起的地球”的照片。信中说：“通往火星的航行并不能直接提供食物解决饥荒问题。然而，它所带来大量的新技术和新方法可以用在火星项目之外，这将产生数倍于原始花费的收益。”

作为全球第二大经济体，向宇宙更深处进发，为全人类谋福祉，这是中国的责任与担当。

3

“火星，你好，中国来了！”

从“天问”，到“天巡”，是以实力为后盾的。有了“探月”经验后，中国有实力向“探火”发起冲击。

本次火星探测任务于2016年1月经党中央、国务院批准立项，由国家航天局组织实施，具体由工程总体和探测器、运载火箭、发射场、测控、地面应用等五大系统组成。“天问”一词，出自我国浪漫主义诗人屈原所著《楚辞》中的同名长诗《天问》。

相较于之前“五战五捷”的月球探测，中国的火星探测任务难度更大。由于火星相对地球距离较为遥远，最远时超过4亿公里，最近时也有5500万公里，探测器需要在地火转移轨道上飞行近7个月，还将进行2至3个月的火星环绕飞行，所以对发射、轨道、控制、通信和电源等技术都提出了很高的要求。

在发射方面，为了将5吨重的探测器一举送入地火转移轨道，这就需要长征五号运载火箭飞出超过11．2千米／秒的第二宇宙速度。此前，中国的长征三号乙运载火箭托举嫦娥月球探测器进入地月转移轨道时飞出了超过10千米／秒的速度。此次发射火星探测器是长征五号火箭第一次达到并超过第二宇宙速度，同时也飞出了我国运载火箭的最快速度。

由于地球和火星之间的相对位置不断变化，发射火星探测器就像是在打一个“移动靶”，只有不断地调整发射轨道，才能确保“天问一号“探测器更加精确地入轨，在奔向火星的过程中节约自身燃料，因此，此次探火任务就对火箭的轨道设计提出了更高的要求。

接下来，“天问一号”在经过数次深空机动与中途修正之后，预计在明年2月，将到达火星的引力场范围内，然后通过制动被火星的引力场捕获，捕获成功之后就将进入火星的循环轨道，再经过多次的调整，就可以进行我国首次火星环绕探测了。

对未知世界的好奇与探索，只要破土而出，就有了向着未来生长的力量！从今晚起，当我们每次仰望星空，“天问一号”这位孤独行者就在某一处闪闪发光。它向着梦想进发，也将点亮我们心中的梦想。

为探测器精准着陆“指路”

青岛技术护航“天问一号”

我国首次火星探测任务“天问一号”正式实施。在这次任务中，青岛科技大学为“天问一号”探测器精准、安全地着陆提供了技术护航。

在青科大自动化与电子工程学院楼内，承担火星探测器精准着陆自主导航技术研究基础的主体自主导航与智能控制研究所就“藏”在这里。这个成立于2003年的研究所截至目前已经承担了20余项国家级项目。

在这个“不起眼”的研究所里，团队用了近5年的时间，参与完成了我国首个专注于深空探测的国家重点基础研究发展计划（973计划），其负责的研究项目就是如何确保探测器通过自主导航进行安全、精确地着陆。

据青科大项目负责人邵巍介绍，团队的研究成果“曲线特征匹配光学导航技术”得到了原国家航天局局长栾恩杰院士及我国探月工程总设计师吴伟仁院士等专家的认可，为我国首次火星探测过程中着陆方案的论证及设计提供了有力的技术支撑。

邵巍介绍，在他们研究理论的支撑下，探测器在着陆段可以利用光学相机获取火星表面图像，并提取星面陨石坑、山脊、沟壑等特征作为导航陆标，通过跟踪这些特征可以对自己的位置、速度、姿态等进行估计，再结合惯性导航信息就能够更准确地知道自己在哪儿，从而完成精确着陆。

延伸阅读

向着火星，出发！

——我国首次火星探测任务正式启航

“天问一号”成功发射

“圜则九重，孰营度之？”2020年7月23日12时41分，我国在海南岛东北海岸中国文昌航天发射场，用长征五号遥四运载火箭将我国首次火星探测任务“天问一号”探测器发射升空，飞行2000多秒后，成功将探测器送入预定轨道，开启火星探测之旅，迈出了我国自主开展行星探测的第一步。

五大看点！火星探测任务“观赏指南”

世界首次一步实现火星探测“绕、着、巡”，最远距离达4亿公里如何实现超远距离深空通信？火星探测器发射后将经历怎样的历程到达火星？记者为您梳理了一份此次火星探测的“观赏指南”。

世界首次：一步实现“绕、着、巡”

火星是离地球较近且环境最相似的星球，一直是人类走出地月系统开展深空探测的首选目标。

我国首次火星探测任务凭借火星环绕器和着陆巡视器的超强阵容，可一步实现火星“环绕、着陆、巡视”三个目标，这是其他国家在首次实施火星探测任务时从未实现过的。

相比月球探测，火星探测任务的难度更大。由于火星相对地球距离较为遥远，对发射、轨道、控制、通信和电源等技术领域都提出了很高的要求。

临门一脚：制动捕获“踩刹车”

火星捕获是火星探测任务中技术风险最高、最为重要的环节之一，在火星探测器从地球飞向火星的过程中，能够被火星引力所捕获的机会只有一次。然而，受限于携带的推进剂有限，环绕器在抵达火星后，必须把握住唯一的机会对火星进行制动捕获。此次火星探测任务捕获时探测器距离火星仅400公里，而此时探测器相对火星的速度高达4到5公里每秒，一不留神就会撞击火星或飞离，捕获的成功与否成为火星探测任务成败的关键。

在这一制动捕获过程中，火星环绕器面临诸多挑战。由于捕获时探测器距离地球1．93亿公里，单向通信时延达到10．7分钟，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。

4亿公里：超远距离深空通信

环火飞行阶段，由于地球和火星的运行规律，探测器距离地球最远达到4亿公里。为了解决超远距离通信问题，火星环绕器装备了测控数传一体化系统，实现了系统重量轻、通信效率高、通信链路可靠的目标。

为补偿空间衰减，火星环绕器配置了大功率行波管放大器以及大口径可驱动的定向天线，大幅度提高探测器到地球通信能力。

自主管理：探测火星需要会思考的“大脑”

通常情况下，环绕地球运行的卫星都是由地面控制中心根据卫星的实时状态和任务要求进行控制的。

但火星环绕器由于探测器到地球的距离远，通信延时大，无法完全依靠地面指令对星上出现的突发状况进行实时处理。

据悉，在此次火星探测任务的关键节点，自主管理同样需要发挥巨大作用。在火星探测器进行环绕器与着陆巡视器分离时，环绕器需在短时间内完成3次调姿和2次变轨，对姿态及位置测量及控制精度要求非常高。正是依靠自主在轨管理系统，火星环绕器才能够精准、及时地完成与着陆巡视器的分离。

多样载荷：给火星拍个“中式定妆照”

此次火星环绕器上共搭载7种有效载荷，可对地火转移空间、火星轨道空间、火星表面及其次表层开展科学探测，获取行星际射电频谱数据、火星表面图像、火星地质构造和地形地貌、火星表层结构和地下水冰分布、火星矿物组成与分布、火星空间磁场环境、近火星空间环境和地火转移轨道能量粒子特征及其变化规律。

其中中分辨率相机可对火星全球开展地形地貌普查，高分辨率相机可对火星重点地区开展局部高分辨率地形地貌详查，将为火星拍下来自中国的“定妆照”。（新华社记者 胡喆 张建松 周旋）