漫漫奔“火”路：深空探测步履不停

  2023年4月24日，中国首次火星探测火星全球影像图在第八个中国航天日发布。其中，国际天文学联合会还将天问一号着陆点附近的22个地理实体以中国历史背景和文化名村名镇命名，将中国标识永久刻印在火星上。

  2023年5月15日，远在火星执行全球遥感科学探测任务的天问一号火星探测器，已经在火星“上岗”满两年。两年来，探测器获取许多一手探测数据，取得丰硕科研成果。

  回望60余年的人类火星探测历程，以1960年苏联发射人类首个火星探测器为起点，到2021年天问一号将五星红旗的一抹鲜红镌刻在火星土地，从来就没一刻像今天这样，人类飞出地月、星际探测的梦想是那么的真实、触手可及。

  从20世纪60年代人类首次开展火星探测开始到现在，火星是人类探测时间最长、次数最多、参与国家最多的一颗行星。

  科学家认为，地球仅是茫茫宇宙中的一颗普通行星，从大尺度时空坐标看，遭遇小行星撞击等意外事件在所难免；同时，地球上资源有限，随着人口增加和科技发展，温室效应导致全球温度持续升高，地球很难成为人类永远的家园。而与地球距离较近、环境相似的火星，成为人类走出地月系统开展深空探测的首选目标。

  ——和地球相似的地质结构。火星地表主要由硅酸盐构成，地质结构和地球上十分相似，同时火星上还有着类似于地球上的沙漠、盆地等地貌结构。

  ——火星上也有水资源。科研发现，火星南北极存在淡水资源，土壤中广泛存在2%-3%的水分。丹麦哥本哈根大学星体和行星研究中心的一个研究团队在《科学进展》杂志上面发表了一篇关于火星生命的研究论文。他们都以为，火星在45亿年前曾经被海洋覆盖。水是生命之源，科学家据此推测，早期火星存在大量的液态水，应该是一颗蓝色的星球，并且可能已诞生了生命。

  ——和地球相似的自转周期和一年四季。在太阳系八大行星中，火星是地球轨道外围第一颗行星，距离地球最近的时候为5500万公里；火星上的一天和地球上的一天时长差不多，其自转周期大约是24.62小时，与地球几乎一模一样；火星公转的角度和地球公转的角度都在23-25度之间，因此在火星上同样有着春夏秋冬四个季节的划分。

  ——火星上也有大气层。要知道人类赖以生存的第一要素就是空气中的氧气，一个星球上假如没有氧气，那么就很难让人类生存。火星上虽没氧气，但拥有一层大气层，其主要成分是二氧化碳，而人类目前的技术从二氧化碳中提取氧气并不难。

  此外，火星引力较小，距离小行星带和太阳系外围空间更近，在火星上发射火箭和开展深空探测具备很多先天优势，是人类未来深空探测过程中建设航天基地的不二之选。

  综上所述，研究火星对了解地球的早期历史和生命起源有着重要的意义，特别是在火星上发现水后，更给人类带来了未来移民火星的可能。如果人类航天的未来是宇宙的星辰大海，那么人类没任何理由不去探测火星。

  红色的火星荧荧像火，而且在天空中运动，有时从西向东，有时又从东向西，复杂的轨迹令人迷惑，所以我国古人用“荧荧火光，离离乱惑”来描述它，称之为“荧惑”。

  揭开“荧惑”的神秘面纱，人类坚定地踏上了探测之旅。1960年，苏联科学家向火星发射了“火星1号”探测器，这是人类探索火星的开端；1965年，美国发射的“水手4号”探测器，在距离火星9280千米的高处，首次拍摄了22张火星照片；1974年，苏联发射的“火星5号”首次拍摄了火星的彩色照片……

  从1996年开始，几乎在每个探测器的发射窗口，都会有一辆火星车被送上太空。

  首先，虽然火星是距离地球最近的地外行星，但是地火距离还是太远了。火星距离地球在5500万-4亿千米左右，并且这个范围变化区间实在太大。在地球上，仅需0.13秒就能实现任意两点的通信，但当地球与火星处于最大距离时，即便是光速通信也有44分钟的延时。这使得探测火星的机会难得，即便是派出人类最快的探测器前往火星，也需要老老实实等待每隔780天、约26个月出现一次的地火逼近时的火星探测窗口，一旦错过就需要再等待两年多。

  其次，如果前往火星，不仅需要完全摆脱地球引力，还需要摆脱太阳强大的引力影响。这在某种程度上预示着更强大的火箭是探测火星的先决条件。

  第三，探测器必须功能强大。一方面，火星探测的成本极高，必须搭载大量的各种科学仪器才能换回相应价值。另一方面，由于距离问题，探测器的深空通信、自主导航控制和自我故障检验测试修复功能必须独立且强大，这进一步推高了成本。

  第四，探测器到达火星附近后，需要被火星引力捕获。火星捕获是火星探测任务中技术风险最高、最为关键的环节之一。相比较地球而言，火星只是个小不点，质量仅仅有地球的10.7%，引力影响区域很小，这要求探测器必须精准切入环绕火星轨道。同时，探测器必须拥有强大的变轨能力，能完成改变轨道、大幅度的增加燃料需求。

  以上，还仅仅是实现环绕火星的部分难点。要想完成降落火星的任务，还要解决一系列更复杂的问题。

  稀薄而不稳定的火星大气，遍布岩石、斜坡、沟壑等障碍物的火星表面，极其严重的火星尘暴，再加上通信延迟，这些都给降落火星带来很大风险。

  2021年5月15日，天问一号着陆火星乌托邦平原南部预选着陆区，首次通过一次任务实现“绕、着、巡”三大任务目标。我国首次火星探测任务着陆火星成功，标志着我国迈出了星际探测征程的重要一步，实现了从地月系到行星际的跨越，在火星上首次留下中国人的印迹。

  克服重重艰难，天问一号圆满完成各项工作，获取了大量我国一手的科学数据和工程数据，为我国行星探测工程积累了宝贵的经验。

  资料显示，天问一号获取了覆盖火星全球的影像数据，完成了对多种典型火星地貌特征点的拍摄任务，获取了大量高价值探测数据；进行了上百次的离子与中性粒子分析仪、矿物光谱分析仪和次表层雷达的科学探测工作，获取了相关科学数据……

  目前，来自中国、美国、欧空局、阿联酋等各方的9个火星探测任务正在进行中。而从各国和机构的最新火星探测计划来看，未来国际航天界将在火星生命探测、火星采样返回、火星卫星探测、火星演化历史和载人登陆火星等5个方面开展重点攻关。

  进入21世纪，放眼全球，火星探测正在进入新一轮高峰期，各个国家先后提出火星探测计划。

  根据已有的任务规划，欧空局罗莎琳德·富兰克林号火星车的重要使命是挖掘地下2米深的火星土壤样本，寻找微生物存在的痕迹；

  美国宇航局自成立以来，在火星上投入的资金已超越了在其他任何一颗行星上所花费的费用。据悉，美国将继续开展火星探测活动，未来任务包括无人火星采样返回任务，研制接替在轨火星探测器的新型火星轨道器等。美国的SpaceX公司，则提出“移民火星计划”，其“星舰”超重型火箭已经开展首次试飞；

  俄罗斯制定了一系列航天计划和试验项目，加强了对火星的探测，重新再启动了无人探测器项目……

  放眼未来，人类对火星环境的认知仍会促进加深，更先进的探测器、更精密的仪器、更强大的通信能力都将明显提升采集火星数据的质量和数量，从细节中寻找更多蛛丝马迹。比如，欧空局ExoMars系列火星车将搭载更先进的微量气体和有机物探测仪、地下雷达等设备，立体化揭示火星的秘密，进而对照深入研究条件类似的地球；再比如，根据火星探测器回传的多个方面数据显示，火星表面有很多非常深的洞穴，科学家猜测在这些洞穴里面有几率存在一些微生物，人类将继续向火星发射更先进的探测器，对这些洞穴内部展开探索。

  深空探测，步履不停。或许，未来的某一天，人类有望登陆火星，实现从“地球物种”到“行星际物种”的伟大转变。