每經(jīng)記者 劉春山 張虹蕾    每經(jīng)編輯 鄭直 王嘉琦    

2000多年前，屈原寫下長詩《天問》，向蒼天發(fā)出一百七十多個問題。

2000多年后的2020年7月23日，“天問一號”火星探測器搭乘長征五號遙四運載火箭升空，開啟了我國首次自主火星探測任務?！睹咳战?jīng)濟新聞》記者有幸在現(xiàn)場見證了中國航天探索的這一歷史性時刻。

中國為何要探測火星？火星探測的難點在哪里？“天問一號”將執(zhí)行哪些任務？《每日經(jīng)濟新聞》記者展開了調(diào)查分析。

7月23日，長征五號遙四運載火箭在中國文昌航天發(fā)射場點火升空，實施我國首次火星探測任務（天問一號任務） 新華社圖

“天問一號”順利升空

7月23日的海南文昌，天朗氣清，到處綠意盎然，與往日并沒有太大的不同。但因為天問一號探測器的發(fā)射，海南文昌吸引了全世界的目光。

由于火箭發(fā)射的原因，當?shù)卣M行了部分路段的交通管制，《每日經(jīng)濟新聞》記者早晨八點就驅(qū)車前往發(fā)射觀測地。早上9點多，在30多度的高溫下，附近觀賞發(fā)射的沙灘上已經(jīng)聚焦了大批人群。這其中有大批的航天愛好者，更有大批的學生群體，想要一睹天問一號火箭的真容。

因為大批航天愛好者的到來，發(fā)射場周邊酒店的房價都漲價許多。一位來自廣西的航天愛好者告訴記者，他7月20日就來到了文昌，附近的酒店都滿房了，不得不住在了市區(qū)，今天早早地來到了發(fā)射場對岸的沙灘。

之前的7月17日上午，長征五號遙四運載火箭垂直轉(zhuǎn)運至發(fā)射區(qū)。23日凌晨開始，天問一號開始加注燃料，9時許回轉(zhuǎn)平臺打開。經(jīng)過耐心的等待，在23日上午12點40分左右，天問一號探測器在海南島東北海岸中國文昌航天發(fā)射場，由長征五號遙四運載火箭發(fā)射升空，開啟了我國首次自主火星探測任務！

記者了解到，中國首次火星探測任務于2016年1月獲批立項，任務目標是通過一次發(fā)射，實現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸和巡視探測，獲取火星探測科學數(shù)據(jù)，邁出我國行星探測的第一步。2016年4月，我國火星探測任務正式立項，宣布將在2020年前后發(fā)射火星探測器。

這并非我國第一次嘗試探索火星。

九天微星軌道工程師吳霞對《每日經(jīng)濟新聞》記者表示，我國曾在2011年嘗試向火星發(fā)射探測器“螢火一號”，搭載在俄羅斯的“福布斯-土壤號”火星探測器上一起發(fā)射。2011年11月9日，在哈薩克斯坦拜科努爾發(fā)射場，俄羅斯“天頂號”運載火箭將“螢火一號”和“福布斯-土壤”號一同發(fā)射升空。但在進入太空后，探測器變軌失敗，并未飛離地球進入地火轉(zhuǎn)移軌道。

吳霞對記者表示，2011年俄羅斯發(fā)射的探測器并非直接進入地火轉(zhuǎn)移軌道，而是計劃在地球軌道完成幾次變軌，通過多次加速后再逃離地球奔向火星。而此次“天問一號”搭載的長征五號遙四運載火箭，可以一次將五噸多的探測器直接送入地火轉(zhuǎn)移軌道。

經(jīng)過將近10年的探索，中國航天積累了探月工程等經(jīng)驗，在深空探測技術上有了一定技術積累，此次發(fā)射將自主進行繞、落、巡，意味著在深空探測方面實現(xiàn)了大幅進步。

值得一提的是，在此次探索火星之前，國內(nèi)也進行了探月工程等嘗試。吳霞分析稱，相比探月，火星的距離更遠，環(huán)境也更為復雜，對通信能力、測控技術等都是巨大的考驗。

約7個月后飛抵火星

公開資料顯示，考慮到風險、成本等因素，地球航天器到火星的最佳路線為1925年提出的“霍曼軌道”。該軌道每26個月才能出現(xiàn)一次，且最近“霍曼軌道”形成時間為2020年夏。

人類對地球的“姊妹星”火星的探測始于上世紀60年代，前蘇聯(lián)和美國率先展開，后期日本、歐空局、印度相繼加入這一行列。幾十年來，火星探測成功率僅為一半左右。前蘇聯(lián)在1960~1988年間進行了近20次探測任務，但沒有一次取得完全成功。在20世紀90年代以后，成功率才達到三分之二左右。

那么，火星探測究竟難在何處？國際宇航聯(lián)空間運輸委員會副主席、中國航天科工集團二院研究員楊宇光對《每日經(jīng)濟新聞》記者表示，火星探測對于時間和距離的要求均十分嚴格。對探測器的深空通信、自主導航制導控制、自我故障檢測修復等功能有嚴格的要求。

以發(fā)射時間窗口為例，每26個月才有一個較好的發(fā)射機會，再等待可能又要兩年多，因而多個國家將在2020年發(fā)射火星探測器。

楊宇光認為，火星探測是一個綜合性的宏觀工程，和一個國家整體的航天技術發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)規(guī)模，特定技術領域先進性密切相關。中國航天在這方面具備兩種先導的經(jīng)驗，首先是衛(wèi)星和飛船從地球軌道上重返大氣層，其次是嫦娥三號和嫦娥四號在月面上的自主降落。理論上，把這兩樣技術結(jié)合在一起，對于火星探測器在火星實現(xiàn)安全著陸有參考意義。

近年來，國內(nèi)探月工程成功完成脫離地球的探測過程，這為深空探測技術積累了很多寶貴經(jīng)驗。不過，楊宇光指出，相比月球探測，火星探測的挑戰(zhàn)更為嚴峻。月球與地球距離約為36萬~40萬公里，而火星距離地球5600萬~4億公里，地火最遠距離約為地月距離的1000倍。此次“天問一號”發(fā)射成功，將給未來開展更加艱難復雜的任務奠定良好的基礎。

不過，探測器發(fā)射成功僅僅是走出了第一步。此后，“天問一號”大約還需要經(jīng)過7個月的時間飛抵火星。吳霞對《每日經(jīng)濟新聞》記者表示，在飛往火星的過程中，保證探測器與地面的通信并適時進行軌道修正，是“天問一號”能否進入環(huán)火軌道的重要一步。“天問一號”進入環(huán)火軌道后的主要任務包括：一次性實現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸和巡視探測“三步走”；開展火星全球性和綜合性探測；并對火星表面重點地區(qū)精細巡視勘查等。“天問一號”探測器“三步走”中的每一步，都是對我國深空探測技術的一個巨大挑戰(zhàn)。

國家航天局公布的信息顯示，我國首次火星探測任務的探測器由著陸巡視器（進入艙和火星車）與環(huán)繞器組成?；鹦黔h(huán)繞器攜帶7臺儀器，火星車攜帶6臺儀器，此次任務的科學目標是實現(xiàn)對火星的表面形貌、土壤特性、物質(zhì)成分、水冰、大氣、電離層、磁場等進行科學探測，進而有利于建立起對火星全面而基礎的認識。如果最終成功，這將是全世界首次在一次任務中完成三個目標。

楊宇光解讀稱，火星探測器發(fā)射成功僅僅是第一步，入軌之后從地球出發(fā)，飛行半年多時間才能到達火星附近。在這個過程中，要適時進行技術測量和位置修正，保障到達火星的精度。與此同時，要確保有充足的能源供應。探測器前往火星需要完全擺脫地球引力，這意味著，強大的火箭是探測火星的先決條件。此外，在飛向火星的過程中，要確保各個平臺設備、荷載的科學探測設備完好。任何一個細節(jié)出現(xiàn)問題，都可能導致整個任務的失敗。

此外，火星大氣密度低，環(huán)境十分復雜，探測器著陸的難度非常大。為了讓探測器在火星表面安全著陸，需要建立很多大型的地面實驗室，進行反復模擬驗證。

國家航天局官網(wǎng)信息顯示，為確保我國首次火星探測任務順利完成，我國天基測控系統(tǒng)團隊針對任務要求及特點進行總體設計，完成了天鏈一號02星及天鏈二號01星系統(tǒng)任務適應性改造等多項技術狀態(tài)準備。天鏈衛(wèi)星是我國地球同步軌道數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星，擔負著天基測控與數(shù)據(jù)中繼功能，主要為我國在軌航天器提供全球范圍內(nèi)的跟蹤與數(shù)據(jù)中繼支持，被稱為太空數(shù)據(jù)“中轉(zhuǎn)站”。我國首次火星探測任務中，這個團隊將控制兩顆中繼衛(wèi)星接力跟蹤目標，提供遙測數(shù)據(jù)中繼傳輸服務。

民營商業(yè)航天值得期待

1996年以來，幾乎每個發(fā)射窗口都有火星探測器發(fā)射。美國宇航局（NASA）的“好奇號”探測器自2012年在火星著陸以來，一直不斷傳送令人驚嘆的火星照片。

2020年，除中國外，美國、阿聯(lián)酋等國家也明確于今年執(zhí)行火星探測任務。其中，美國航天局的“毅力”號火星車計劃在多次推遲后，最新計劃于7月30日發(fā)射升空，并帶上首架火星直升機“機智”號一同前往火星，尋找可能在火星上存在過的生命跡象，為“人類登陸和探索火星”探路。

不同于美國航天局的“一推再推”，原定于今年探測火星的歐洲航天局和俄羅斯航天局則放棄了此次完美的發(fā)射“窗口”，推遲計劃至2022年秋季。

那么，為何各個國家都“扎堆”探索火星呢？在楊宇光看來，各個國家積極探測火星，最終目的并非移居火星。由于火星和地球在很多方面有相似性，中國首次自主火星探測不僅在于探究火星生命的存在和演化過程等問題，更可借此了解地球的演化歷史并預測地球的未來變化趨勢，同時也為人類開辟新的生存空間尋找潛在目標。探測和研究火星，可以更加全面了解太陽系的歷史，繼而深入全面了解未來地球發(fā)展的趨勢，進一步推動人類生活的可持續(xù)發(fā)展。

吳霞表示，在包括火星探測的深空探測技術方面，目前國內(nèi)仍處于初級階段，還有很長的一段歷程需要追趕。在吳霞看來，太空探索和技術積累是永無止境的。即使是已經(jīng)發(fā)射過多顆深空探測器的美國、俄羅斯等國家，在人類探索宇宙的征途中，也僅僅是邁出了一小步。此前，為模擬火星之旅以及在火星上生活可能出現(xiàn)的各種情況，俄羅斯連同歐洲航天局實施了一個名為“火星500”（Mars500）的計劃，招募6名志愿者，于莫斯科一個密封空間生活520天，讓科學家觀察他們遇上各種緊急事件的一舉一動。未來，人類是否能夠移民火星，有很多值得想象的空間。

除此之外，即使火星探測難度非常之大，在民營航天領域，熱度也居高不下。SpaceX的馬斯克是火星的“狂熱粉絲”，更是希望在有生之年移民火星。因此，前往火星一直是 SpaceX的首要任務。此前將宇航員送入太空，只是幫助人類完成了踏入太空目標的基礎，而星艦飛船才是實現(xiàn)人類星際旅行夢想的重要一環(huán)。

那么，未來，民營商業(yè)航天企業(yè)是否有可能參與到相關產(chǎn)業(yè)鏈中？對此，吳霞認為，從目前國內(nèi)商業(yè)航天的實力看，開展深空探測還有很長的一段距離要走。但隨著國家航天技術的不斷發(fā)展成熟，也為民營商業(yè)航天的發(fā)展積蓄了更多力量。隨著航天技術的積累，商業(yè)環(huán)境的變化，未來民營商業(yè)航天企業(yè)參與到深空探測賽道值得期待。