2020年7-8月是火星探測(cè)的重要“窗口期”，全球迎來“探火季”。繼7月20日阿聯(lián)酋“希望號(hào)”探測(cè)器順利升空后，中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)天問一號(hào)將于7月下旬到8月上旬擇機(jī)實(shí)施，邁出中國(guó)行星探測(cè)第一步。
中國(guó)、美國(guó)、阿聯(lián)酋三國(guó)近期為何“扎堆”實(shí)施火星探測(cè)?各國(guó)的探測(cè)器又有何不同?記者采訪相關(guān)專家，一探究竟。
為何要探火？
火星探測(cè)為何有如此大魅力，吸引世界各國(guó)前赴后繼地實(shí)施探測(cè)任務(wù)?
這得從火星和地球的淵源說起。火星是太陽系中與地球最為相似的行星，探測(cè)火星、了解火星，有助于人類進(jìn)一步認(rèn)識(shí)地球和太陽系的形成和演化，預(yù)測(cè)地球的未來變化趨勢(shì)。此外，探測(cè)火星生命的起源和演化，可促進(jìn)對(duì)地球生命乃至太陽系起源和演化的研究，有助于人類了解自身在宇宙中的地位和最終命運(yùn)。
“大量跡象表明，火星以前很可能與現(xiàn)在的地球一樣，只是經(jīng)過幾十億年的演化才變成如今大氣層稀薄、溫度較低的樣子。”中國(guó)空間技術(shù)研究院研究員龐之浩向中新社記者表示，探測(cè)火星對(duì)研究地球演變，防止地球演變成人類難以生存的第2個(gè)火星具有促進(jìn)作用。
龐之浩稱，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，地球有一天可能因?yàn)樵馐艿赝庑乔虻淖矒舻仍蚨兊貌贿m合生存。有科學(xué)家認(rèn)為，由于火星與地球最為相似，可先把火星改造成適合人類居住的第2個(gè)家園，然后向火星移民。“為此，現(xiàn)在就必須全面而深入地了解火星，為載人登火、改造火星、建造火星基地奠定基礎(chǔ)。”而這也是世界各國(guó)對(duì)火星探測(cè)“樂此不疲”的重要原因。
成功率約五成
縱觀世界航天史，人類似乎對(duì)火星“情有獨(dú)鐘”。世界各國(guó)的火星探測(cè)活動(dòng)要追溯到20世紀(jì)60年代。
據(jù)中國(guó)國(guó)家航天局探月與航天工程中心深空探測(cè)總體部部長(zhǎng)耿言介紹，人類的探火史可大致分為三個(gè)發(fā)展階段。1960—1970年為第一階段，彼時(shí)國(guó)際深空探測(cè)尚處研究初期，相關(guān)國(guó)家主要以火星飛越探測(cè)、傳送火星圖片與探測(cè)大氣參數(shù)為主，但探測(cè)任務(wù)成功率并不高。1970—1990年為第二階段，美蘇重新展開火星探測(cè)活動(dòng)，以軌道環(huán)繞與著陸探測(cè)為主。而20世紀(jì)90年代至今則是第三階段，火星探測(cè)重新成為深空探測(cè)的熱點(diǎn)。以美國(guó)為首的多個(gè)國(guó)家地區(qū)分別開展火星探測(cè)活動(dòng)，探測(cè)方式主要為著陸探測(cè)，主要目標(biāo)是尋找火星水存在的證據(jù)和生命跡象。
1960年10月，蘇聯(lián)向火星先后發(fā)射了兩個(gè)探測(cè)器“火星1A”號(hào)和“火星1B”號(hào)，但均以失敗告終。直到1964年10月，美國(guó)“水手4號(hào)”探測(cè)器才向地球傳回人類史上第一張有關(guān)火星表面的近距離圖像，開啟了火星探測(cè)的新篇章。
截至今年6月份，世界各國(guó)共實(shí)施40余次探火活動(dòng)。其中成功和部分成功的任務(wù)僅有24次，成功率約五成;能夠著陸火星并成功開展探測(cè)任務(wù)的僅為個(gè)位數(shù)。
盡管人類對(duì)火星向往已久，但火星探測(cè)并非易事。火星被稱為是人類探測(cè)器的“墳場(chǎng)”。迄今為止，成功登陸火星的探測(cè)器有8個(gè)：海盜一號(hào)、海盜二號(hào)，探路者、機(jī)遇號(hào)、勇氣號(hào)、鳳凰號(hào)、好奇號(hào)、洞察號(hào)，均為美國(guó)研制。
截至目前，仍在工作的火星探測(cè)軌道器有6個(gè)、著陸巡視器2個(gè)。其中，軌道器包括美國(guó)的“火星奧德賽”“火星勘測(cè)軌道器”“火星大氣與揮發(fā)物演變”，歐洲的“火星快車”“微量氣體軌道器”和印度的“曼加里安”。而還在工作的著陸巡視器，只有美國(guó)的“好奇號(hào)”火星車和“洞察號(hào)”火星著陸器。
三國(guó)同期探火
結(jié)合地球、火星的公轉(zhuǎn)周期，大約每隔26個(gè)月就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)“火星沖日”的窗口期。今年7—8月的窗口期是發(fā)射火星探測(cè)器的有利時(shí)機(jī)，在這一時(shí)間段實(shí)施火星探測(cè)，可節(jié)約探測(cè)器燃料，省時(shí)省力。
一旦錯(cuò)過窗口期，下次火星探測(cè)的好時(shí)機(jī)只能等到2022年。歐洲原本打算今年加入到火星探測(cè)的隊(duì)列，但因疫情及其他技術(shù)因素影響，歐空局與俄羅斯航天局合作研發(fā)的火星探測(cè)器不得不推遲到2年后發(fā)射。因此，今年火星探測(cè)僅剩下中國(guó)、美國(guó)和阿聯(lián)酋3個(gè)國(guó)家。
根據(jù)技術(shù)發(fā)展過程和任務(wù)目標(biāo)需求，人類目前探測(cè)火星的任務(wù)主要分為4種：僅驚鴻一瞥的飛掠任務(wù)、可全面普查的環(huán)繞任務(wù)、能區(qū)域詳查的著陸任務(wù)、可自由移動(dòng)的巡視任務(wù)。未來人類還將實(shí)施第5種任務(wù)：采樣返回。
今年實(shí)施探火的三個(gè)國(guó)家，其火星探測(cè)任務(wù)各不相同。這其中，阿聯(lián)酋的“希望號(hào)”火星探測(cè)器僅實(shí)施環(huán)繞任務(wù)，美國(guó)“毅力號(hào)”火星車計(jì)劃完成著陸、巡視兩大任務(wù)，而中國(guó)的天問一號(hào)任務(wù)將一次性完成環(huán)繞、著陸、巡視三大目標(biāo)。
7月20日，阿聯(lián)酋的“希望號(hào)”火星探測(cè)器在日本種子島太空中心發(fā)射。如果任務(wù)實(shí)施成功，“希望號(hào)”將成為世界第一顆火星氣象衛(wèi)星，可用于全面探測(cè)火星大氣，研究火星氣候變化、低空天氣變化、沙塵暴預(yù)報(bào)等。
美國(guó)“毅力號(hào)”火星車將取代逐漸衰老的“好奇號(hào)”火星車，繼續(xù)探索火星的環(huán)境和生命跡象。龐之浩表示，“毅力號(hào)”火星車最大亮點(diǎn)是，該火星車將收集30塊火星內(nèi)部巖石和土壤的樣本，然后放置在火星表面上，未來將發(fā)射探測(cè)器把樣本帶回地球。
目前美國(guó)計(jì)劃在2026年與歐盟合作執(zhí)行發(fā)射任務(wù)，在2031年將巖石樣本帶回地球，但這套設(shè)想還未正式推進(jìn)。如果進(jìn)展順利，這些巖石有望成為人類從火 星獲得的第一批樣本，科學(xué)家可以用它們分析火星上是否存在(過)生命。此前，“好奇號(hào)”火星車已經(jīng)找到了對(duì)于生命至關(guān)重要的水分痕跡。
備受國(guó)人關(guān)注的中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)天問一號(hào)，計(jì)劃于7月下旬到8月上旬擇機(jī)實(shí)施。天問一號(hào)任務(wù)將通過一次發(fā)射，實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸和巡視三項(xiàng)任務(wù)，既可以用環(huán)繞器對(duì)火星開展全球性、綜合性的環(huán)繞探測(cè)，也能用巡視器對(duì)有科研價(jià)值的局部地區(qū)開展高精度、高分辨率的詳細(xì)調(diào)查。
天問一號(hào)將啟
與美國(guó)、俄羅斯等國(guó)家相比，中國(guó)在火星探測(cè)上尚屬“新手”。在人類探火歷程中，目前只有美國(guó)“海盜一號(hào)”、“海盜二號(hào)”通過一次發(fā)射實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸 兩項(xiàng)任務(wù)。此前歐洲曾兩次試圖通過一次發(fā)射實(shí)現(xiàn)環(huán)繞、著陸火星兩項(xiàng)任務(wù)，但兩次著陸都以失敗告終，只完成了環(huán)繞探測(cè)。
龐之浩認(rèn)為，中國(guó)“天問一號(hào)”任務(wù)采用“一舉三得”的探火方式，起點(diǎn)高，效益高，但挑戰(zhàn)大。如果成功，它將使中國(guó)深空探測(cè)能力和水平實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。
耿言表示，中國(guó)火星探測(cè)器搭載了13種有效載荷，其中環(huán)繞器上7種、著陸巡視器上6種。首次火星探測(cè)任務(wù)設(shè)定了五大科學(xué)目標(biāo)，主要涉及空間環(huán)境、形貌特征、表層結(jié)構(gòu)等研究。
“從科學(xué)上講，這是對(duì)火星形態(tài)、地質(zhì)學(xué)、礦物學(xué)、空間環(huán)境、土壤和水冰分布等進(jìn)行研究的全面任務(wù)，深化中國(guó)人對(duì)火星乃至太陽系的科學(xué)認(rèn)知，推進(jìn)比較行星學(xué)等重大問題研究。”龐之浩說。
再過不久，中國(guó)將在文昌航天發(fā)射場(chǎng)用長(zhǎng)征五號(hào)遙四火箭將天問一號(hào)探測(cè)器送入太空，屬于中國(guó)人自己的“行星探測(cè)時(shí)代”即將到來。
