縱觀人類航天史，人們似乎對火星“情有獨(dú)鐘”，截至目前，全球共有40余次火星探測活動，這是為何? 我國首次火星探測任務(wù)計(jì)劃于7月?lián)駲C(jī)在中國文昌航天發(fā)射場執(zhí)行。隨著這一關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的臨近，籌劃了多年的中國首個火星探測項(xiàng)目，也終于有了自己的名字——“天問一號”，中國行星探測任務(wù)則被命名為“天問(Tianwen)系列”。

我國同時開展“繞”“落”“巡”探測目標(biāo)，其難度之高不言而喻。

中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員張偉在接受科技日報(bào)記者采訪時給出了答案：“火星是太陽系內(nèi)與地球特點(diǎn)最為接近的行星，是人類未來移民的首選地?！?

毋庸置疑，人類“第二家園”這一誘惑實(shí)在太大。“火星過去可能擁有過適合地球生命生存的環(huán)境條件。”張偉表示，研究火星地質(zhì)、表面成分的長期演變過程，巖石和空氣、水的相互作用等，將有助于我們理解火星生命可能存在和消失的原因，進(jìn)而分析和預(yù)測地球的未來。

張偉介紹，人類探測火星的方式通常包括環(huán)繞、著陸、巡視、采樣返回、載人登陸探測等。今年“天問一號”一次發(fā)射同時要完成環(huán)繞、著陸、巡視3種探測目標(biāo)，實(shí)屬“少花錢，多辦事”。

一舉多得的背后，是復(fù)雜的技術(shù)和較高的風(fēng)險(xiǎn)，國際上也鮮有先例。美國海盜1號、海盜2號火星探測器曾通過一次發(fā)射實(shí)現(xiàn)了環(huán)繞、著陸兩種探測目標(biāo);歐洲也曾進(jìn)行過類似的嘗試，但并未成功，只實(shí)現(xiàn)了“一舉一得”。

在中國航天科技集團(tuán)五院深空探測和空間科學(xué)首席科學(xué)家、中國科學(xué)院院士葉培建看來，我國首次火星探測任務(wù)實(shí)為“彎道超車”。他在接受媒體采訪時曾表示，我們?nèi)粝雽?shí)現(xiàn)超越，需要利用現(xiàn)有的技術(shù)實(shí)現(xiàn)“兩步并成一步走”。事實(shí)上，我國很早就開展了相關(guān)研究。此次我國火星探測環(huán)繞、著陸、巡視計(jì)劃如果能夠一步完成，這一跨越式方案將成為全球首次。

多方合力，備戰(zhàn)探火“大考”

正如葉培建院士所言，我國火星探測計(jì)劃籌謀已久。

“2010年8月，8位院士聯(lián)名向國家建議，開展月球以遠(yuǎn)深空探測的綜合論證，國家國防科技工業(yè)局立即組織專家開展了發(fā)展規(guī)劃和實(shí)施方案論證?！敝袊鴩液教炀痔皆屡c航天工程中心深空探測總體部部長耿言曾撰文寫道，首次火星探測是深空探測的起點(diǎn)和重點(diǎn)，實(shí)施方案經(jīng)過三輪迭代和深化，于2016年1月正式立項(xiàng)實(shí)施。

從此，一場瞄準(zhǔn)火星的深空探測大戲正式拉開帷幕。

首次火星探測任務(wù)由工程總體和探測器、運(yùn)載火箭、發(fā)射場、測控、地面應(yīng)用5大系統(tǒng)組成。其中，探測器、運(yùn)載火箭均由中國航天科技集團(tuán)抓總研制。

中國第一個火星探測器外觀設(shè)計(jì)構(gòu)型圖　　2017年9月，第三屆北京月球與深空探測國際論壇傳來消息，我國火星探測任務(wù)的相關(guān)載荷已經(jīng)基本確定，涉及空間環(huán)境探測、火星表面探測、火星表層結(jié)構(gòu)探測等領(lǐng)域。

此次任務(wù)所采用的長征五號遙四火箭也已做好了充足準(zhǔn)備。2020年1月，長征五號遙四火箭大推力氫氧發(fā)動機(jī)順利完成了總裝出廠前的最后一項(xiàng)驗(yàn)證，標(biāo)志著這臺發(fā)動機(jī)性能達(dá)到預(yù)定要求，即將轉(zhuǎn)入火箭總裝階段。

針對火星探測器的測控系統(tǒng)，是一種基于現(xiàn)有的航天測控網(wǎng)和深空測控網(wǎng)，包括北京航天飛行控制中心、佳木斯66米口徑天線測控站等，對火星探測器進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視、軌道測量、飛行控制、在軌管理和應(yīng)急處置等的系統(tǒng)。2020年3月，北京航天飛行控制中心完成火星探測任務(wù)無線聯(lián)試，充分驗(yàn)證了探測器與地面系統(tǒng)的接口匹配性和一致性，對各類方案、技術(shù)狀態(tài)、軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行了全面測試，為任務(wù)順利開展打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

中國文昌航天發(fā)射場也正積極備戰(zhàn)中。2020年5月5日，長征五號B運(yùn)載火箭首次飛行任務(wù)發(fā)射場區(qū)指揮部指揮長張學(xué)宇表示，中國文昌航天發(fā)射場已經(jīng)具備了高密度發(fā)射實(shí)戰(zhàn)能力、高中低軌空間投送能力和任務(wù)并行測試發(fā)射能力。當(dāng)前，發(fā)射場系統(tǒng)將持續(xù)做好火星探測、嫦娥五號以及后續(xù)空間站建設(shè)階段飛行任務(wù)等重大航天發(fā)射任務(wù)的組織實(shí)施，堅(jiān)決奪取疫情防控和航天發(fā)射任務(wù)“雙勝利”。

地面應(yīng)用系統(tǒng)整體吊裝完成，備受矚目。2020年4月25日，由中國科學(xué)院國家天文臺承建的首次火星探測工程地面應(yīng)用系統(tǒng)，在天津成功實(shí)施完成70米天線反射體的整體吊裝，中國首次火星探測工程副總設(shè)計(jì)師兼地面應(yīng)用系統(tǒng)總指揮李春來表示，70米天線今年10月能完全具備火星探測的數(shù)據(jù)接收能力。

目前，探測任務(wù)計(jì)劃正在有條不紊地進(jìn)行，相關(guān)工作人員正加班加點(diǎn)，為即將到來的“大考”做準(zhǔn)備。

今年是全球火星探測的爆發(fā)期。據(jù)了解美國、阿聯(lián)酋也計(jì)劃于今年發(fā)射探測器，而此前同樣有此計(jì)劃的歐俄聯(lián)合火星探測任務(wù)因疫情等原因推遲到2022年。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，至今全球火星探測成功率大約為40%，原因在于火星探測工程難點(diǎn)眾多。

張偉表示，火星探測最大的難點(diǎn)在于“恐怖7分鐘”——在進(jìn)入、下降與著陸過程中，要在7分鐘內(nèi)將探測器的時速從2萬千米降低到零。這需要融合多種減速手段才能實(shí)現(xiàn)，包括氣動外形、降落傘和反推等，也需要自主導(dǎo)航控制技術(shù)來保證。

“再者，探測器從地球飛往火星需要200余天，漫漫長路需要有可靠的通信?！睆垈ジ嬖V科技日報(bào)記者，除此之外，在一定體積和重量約束的前提下，火星探測器還要充分提高能源的利用率，包括高效多結(jié)太陽能電池技術(shù)、高效蓄電池技術(shù)，以及能量密度高、壽命長的核電源等。

難點(diǎn)眾多，挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存根據(jù)火星與地球的運(yùn)動關(guān)系，再結(jié)合實(shí)際，考慮到當(dāng)前運(yùn)載火箭的能力，就會發(fā)現(xiàn)每隔26個月才有一次有利的火星探測器的發(fā)射機(jī)會。這不畏艱難、勇于挑戰(zhàn)的底氣，源自我國深空探測技術(shù)的飛速發(fā)展，源自無數(shù)航天科技工作者的不懈努力!