深空｜去火星，中國要兩步並一步

火星車概念圖 中國特稿社 陸燁 製圖

導讀

工信部副部長、國家航天局局長許達哲22日在「中國航天日」的發布會上表示，中國火星探測任務正式立項。

新華社中國特稿社記者獨家專訪了航天科技集團五院火星探測器總設計師，同時也是探月工程二期探測器系統總設計師孫澤洲，揭秘中國火星探測項目的部分情況。

他說，中國的火星探測任務形式在國外是沒有過的。

作者：喻菲 楊春雪

荒涼，空寂，礫石遍布，黃沙漫天，雖然毫無生氣，但在數億公里外的人類對它充滿好奇。

由於火星是太陽系中與地球最相似的行星，因此被認為是人類移民太空的第一選擇。這顆紅色行星上是否曾經存在過生命？生命是怎樣起源的？火星與太陽系是怎樣起源及演化的？未來能否將火星改造成人類可居住的星球？這些問題讓科學家們迫切希望從火星上找到答案。

美國地質調查局提供的這張圖片顯示了火星上的馬里內里斯峽谷。網路圖片

今年兩會期間，全國政協委員、中國科學院院士、中國航天科技集團科技委顧問葉培建透露，中國準備在2020年發射火星探測器，2021年抵達火星，並有望一次任務實現「繞、落、巡」。

在國新辦22日舉行的「中國航天日」發布會上，工信部副部長、國家航天局局長許達哲說，火星探測是空間科學界和航天界關注的一個重大方向。「我們正在嚴密地制定工程計劃，爭取在2020年這個窗口發射探測和著陸巡視的火星探測器。」

「這對我們是一個挑戰。」許達哲說：「這也是中國真正意義上邁入深空探測。」

據悉，中國火星探測器研製近日已在中國航天科技集團五院正式啟動。

火星探測全過程

航天科技集團五院火星探測器總設計師，同時也是探月工程二期探測器系統總設計師孫澤洲在接受新華社中國特稿社記者專訪時說，中國探測器由環繞器和著陸巡視器組成。「探測器從地球飛到火星的時間會根據發射的窗口期不同而有所差別，大約為6到12個月。」

上圖為玉兔號月球車模型，下圖為火星車模型。中國特稿社記者喻菲 攝

他介紹，探測器接近火星後，首先要讓它被火星引力捕獲，成為環繞火星飛行的探測器。探測器在環繞軌道上做一些軌道調整，同時對儀器進行檢測，還將對火星的形貌開展探測。

之後在合適時機，與環繞器分離的著陸巡視器將進入火星大氣，著陸到火星表面並釋放火星車，開展巡視探測。與此同時，環繞器繼續在軌道上進行科學探測，並為火星車提供對地面的數據中繼服務。

火星探測器大家庭 網路圖片

還從未有哪個國家

一次實現火星「繞、落、巡」

孫澤洲說，中國的火星探測任務形式在國外是沒有過的。美國的探測環繞就是環繞，巡視就是巡視。「從來還沒有哪個國家一次任務就同時實現環繞和著陸巡視。」

他說，這體現出中國在空間技術創新發展中的「首創精神」，也是中國航天工程「快好省」的生動實踐。

他說，國外在火星著陸任務之前都有環繞衛星在火星附近，可以對著陸過程以及著陸後的數據通信提供及時支持。而中國的火星著陸巡視器是環繞火星不久後，就要與環繞器分離並降落，這對於著陸後的火星車自主能力提出更高要求。

2014年珠海航展上展出的火星探測環繞器模型。 中國特稿社記者喻菲 攝

「另外，這樣的任務在軌道設計上更具有複雜性，要兼顧著陸和環繞軌道的要求，增加了任務的難度和複雜度。」孫澤洲說。

他說：「我們希望用有限的經費儘可能多獲得一些成果，更高效地推動技術進步。所以我們想結合探月已經走的第一步和第二步的基礎，一步實現環繞、著陸和巡視。我們具備了這樣的技術條件，希望一步邁得大一點。」

最險：進入火星大氣後氣動外形和降落傘減速

對於這樣的任務，孫澤洲坦陳，難度非常大。

「這次任務最核心、最難的地方，就是探測器進入火星大氣後氣動外形和降落傘減速的過程，並且只有一次機會，必須成功。由於地球與火星距離遙遠,整個過程無法由地面實時控制,必須依靠探測器自主完成。」孫澤洲說。

美國「好奇號」火星車項目團隊2013年底宣布，「好奇號」在火星上發現了一個早已乾涸的遠古淡水湖，理論上這個湖泊曾經支持一些簡單微生物存活。（資料圖片）新華社發

自20世紀60年代以來，國際上已實施的42次火星探測任務，成功率僅為52%。

而最讓他擔心的是火星大氣。

「火星大氣具有很高的不確定性，有些因素我們還沒有認識透，比如火星大氣的變化規律、風暴時的特性等。我們現在感覺壓力很大，是因為不能掌控的因素很多。如果降落那天真的起了塵暴，就不能降落。」孫澤洲說。

他說，由於沒有那麼多的推進劑來抵消那麼高的速度，所以登陸火星時，99%以上的減速都是靠火星大氣的作用。然而，火星的大氣和降落傘減速與地球上的相似度不到50%，而且火星的大氣難以在地面模擬。

2014年珠海航展上展示的火星車模型。新華社記者劉大偉 攝

「我們只能把各個因素單獨分析，開展單項模擬，沒辦法用一個完整的過程在地面把實際過程模擬出來，這也是我們現在很困惑的事情。但正因為有壓力，才能帶來技術進步。」孫澤洲說。

火星那麼大，去哪好呢？

孫澤洲說，著陸區域的選擇既要考慮科學需求，又要考慮工程上的約束，綜合擇優選擇。

由於中國火星車將使用太陽能供電，從光照角度考慮，最理想的地方是火星赤道附近，但是火星赤道附近的地形複雜。另外，由於登陸火星99%以上的減速是靠大氣減速，因此專家希望進入大氣的過程越長越好，著陸點海拔越低減速時間越長，登陸越安全。

哈勃望遠鏡拍攝的火星。（資料圖片）新華社發

「綜合考慮地形複雜度、高程、光照條件、溫度等因素，火星比較適合的著陸點在北緯5度至30度的區域。」孫澤洲說。

他說，當初在確定嫦娥三號登月落點時，專家們先畫了一個100乘300公里的大區域，在探測器進入環月軌道決定要著陸後，又預計了一個落點，最後真正的著陸點與預計的落點只偏差幾百米。

「火星著陸點的確定也類似。就好比我們先選擇要去北京，至於落在北京哪個區哪條街道，是到附近再做精確的選擇。由於火星大氣模型誤差很大，所以在火星登陸的偏差可能會比登月大。」

探火與探月有何不同？

孫澤洲說，探月工程已為火星探測打下了很好的基礎，如果沒有探月工程，希望火星探測一次就著陸並讓火星車走起來，是不現實的。「但是火星探測僅有一半的環節與探月有相似性。」

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不同之一：不確定性更大

舉個例子，在嫦娥三號任務中，月球的地形地貌具有不確定性，但其他環境因素都在可控範圍內，可通過設計規避風險。但火星除了地形以外，其大氣情況具有很高的不確定性。

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不同之二：登陸過程

登陸火星需要經過四個階段：氣動外形減速，降落傘減速，反推發動機減速，著陸器的緩衝腿吸收最後的能量。

由於月球沒有大氣，登月只有反推發動機和著陸緩衝兩個階段。

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不同之三：測控通信

月球距離地球40萬公里，而火星距離地球最遠時達到4億公里。在探月工程的帶動下，中國已建立深空測控網，能夠實現對火星探測器的測控。但是數據還不能實現高速傳輸，因此未來的火星車操控要比月球車的操控更為複雜。

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不同之四：能源

由於距離遙遠，火星光照強度小，而火星大氣對陽光還有削減作用。所以火星車的能源供給比月球車更為困難。

去火星探索什麼科學之謎？

孫澤洲說，中國火星探測的科學目標雖然還沒有最終確定，但基本上圍繞這幾個方面：

1、通過光學遙感探測火星形貌，看看火星表面長什麼樣。

2、通過光譜等探測火星土壤元素、礦物成分及岩石類型。

3、探測火星空間環境，包括火星大氣。

4、探測火星土壤結構及水冰，火星表面甚至地下淺層是否有水？

「深空探測雖然不會馬上產生明顯的經濟效益，但是對於滿足人類探索未知世界的好奇心，拓展人類生活空間，都具有重要意義。」孫澤洲說。

（編輯：屈婷）

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