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中国为什么要发射“天问一号”火星探测器

发表日期:2020年7月23日  本页面已被访问 811 次

20207231241分,长征五号遥四运载火箭托举着我国首次火星探测任务天问一号探测器,在中国文昌航天发射场点火升空。

受天体运行规律约束,火星探测窗口每26个月出现一次,并且窗口时间较短。20207-8月份是火星探测的重要窗口期,近期中国、美国、阿联酋三国"扎堆"探火。火星探测究竟有何魅力?中国将如何探火?未来"移民"火星是否有可能?

为何要去火星?

纵观世界航天史,人类似乎对火星"情有独钟"世界各国的火星探测活动要追溯到20世纪60年代。196010月,苏联向火星先后发射了两个探测器"火星1A"号和"火星1B"号,但均以失败告终。直到196410月,美国"水手4"探测器才向地球传回人类史上第一张有关火星表面的近距离图像,开启了火星探测的新篇章。

截至20206月,世界各国共实施40余次探火活动,但成功和部分成功的任务仅有24次。火星探测如此"步步惊心",为何各国还要前赴后继地开展探测火星?

这得从火星和地球的渊源说起。火星是太阳系中与地球最为相似的行星,探测火星、了解火星,能帮助人类进一步预测地球和行星的未来变化趋势,了解自身在宇宙中的地位和最终命运。

正如中国首次火星探测任务新闻发言人、中国国家航天局探月与航天工程中心副主任刘彤杰所言,火星是地球的"姊妹星",探索火星有助于人类更好了解行星和宇宙演化,为人类社会发展带来更多前沿知识。

基于现有航天能力,"奔火"飞行610个月左右即可到达,相比更远的行星和卫星,任务周期较合适。此外,火星与地球有较为相似的环境,这使得机器人或人类进驻火星成为可能。

如何飞抵火星?

723日发射升空后,天问一号探测器将"长途跋涉"7个月才能飞抵火星。

这一飞行过程包括发射、地火转移、火星捕获、火星停泊、离轨着陆和科学探测等六个阶段。

据了解,天问一号探测器在中国文昌航天发射场采用长征五号遥四运载火箭升空后,探测器将进入地火转移轨道。器箭分离后,天问一号探测器太阳翼和定向天线相继展开,在测控系统支持下,飞行约7个月抵达火星,期间进行深空机动和中途修正。探测器进入环火轨道并经过制动后,再通过23个月的环绕飞行后首选进入窗口,期间在着陆区上空对着陆区开展探测。

此后,天问一号探测器将择机实施降轨机动,着陆巡视器与环绕器分离。环绕器升轨返回到停泊轨道,为着陆过程提供中继通信。着陆巡视器进入火星大气,依次完成配平翼展开、降落伞开伞、大底分离、背罩分离、动力减速、悬停、避障及缓速下降、着陆缓冲等动作,着陆于火星表面。

成功着陆后,火星车与着陆平台解锁分离。火星车驶离着陆平台,开始巡视探测。着陆巡视器安全着陆后,环绕器进入中继轨道,为火星车提供中继通信,兼顾科学探测。火星车完成探测任务后,环绕器进入使命轨道,开展火星全球遥感探测,兼顾火星车扩展任务中继通信。

将执行哪些任务?

与美国、俄罗斯相比,中国在火星探测领域尚属"新手"。不过中国首次火星探测任务天问一号亮点颇多,创新十足。此次任务将一次实现"环绕、着陆、巡视"三项目标,任务一旦成功,这种"三合一"的壮举在全球尚属首次。

天问一号探测器由环绕器和着陆巡视器两部分组成,其中环绕器携带7台仪器,着陆巡视器携带6台仪器。此次任务的科学目标,主要是实现对火星形貌与地质构造特征、火星表面土壤特征与水冰分布、火星表面物质组成等研究。

除科学目标以外,中国首次火星探测任务还有2项工程目标:一是突破火星制动捕获、进入/下降/着陆、长期自主管理、远距离测控通信、火星表面巡视等关键技术,实现火星环绕探测和巡视探测,获取火星探测科学数据,实现中国在深空探测领域的技术跨越;二是建立独立自主的深空探测工程体系,包括设计、制造、试验、飞行任务实施、科学研究、工程管理以及人才队伍,推动中国深空探测活动可持续发展。

首次火星探测任务于20161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。国家航天局探月与航天工程中心为工程总体单位,中国航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究院抓总研制运载火箭系统,中国空间技术研究院和上海航天技术研究院抓总研制探测器系统。中国卫星发射测控系统部负责组织实施发射、测控。中国科学院国家天文台抓总研制地面应用系统、负责科学数据接收、处理、存储管理等工作。

我国火星探测作为开放性的科学探索平台,包括港澳地区高校在内的全国多地研究机构积极参与了研制过程,我国也与欧空局、法国、奥地利、阿根廷等国家和组织开展了多项合作。

"移民"火星可能吗?

在科幻电影《火星救援》里,主人公马克依靠种植土豆独自在火星上生存下来。这也让民众对未来能否"移民"火星充满了期待。

近年来,世界各国建设月球基地的热情很高,不少国家制定相关的计划和方案。相比月球,被誉为地球"姊妹星"的火星似乎更适合建造基地。美国火星探测器曾在火星上探测到水的痕迹。火星自转周期与地球类似,约为24小时40分钟,不仅有一年四季,还拥有稀薄的大气。这些相似性表明,火星是适宜人类居住改造的最好候选行星,也让人们看到了"殖民"火星的希望。

中国科学院院士欧阳自远在接受媒体采访时表示,通过技术手段提高火星表面温度、增加火星大气浓度等,可以进一步建立火星表面生态环境。

值得注意的是,尽管将火星改造为适宜人类生存的"绿色星球"是美好的愿景,但这距离真正实施还有遥远的距离。火星改造工程之浩大、成本之巨、技术难度之高、科学实施步骤之复杂是可想而知的,未来可能需要人类通过几个世纪艰苦卓绝的努力才能实现。



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