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當我們談?wù)撎靻栆惶枙r，我們談些什么

2020/07/23
導讀
乘騏驥以馳騁兮，來吾道夫先路！

執(zhí)行中國首次火星探測任務(wù)（行星探測工程“天問一號”任務(wù)）的“長征五號”遙四運載火箭
（圖源：中國航天，攝影：崔岳豪 史嘯）

撰文 | 吳寅昊
編輯 | 陳曉雪

在不平凡的2020年，人類探索深空的腳步并沒有停歇。就在剛剛，中國第一個火星探測衛(wèi)星—— “天問一號” 在萬眾期待中如約升空了，這距離中國火星探測任務(wù)正式立項也才4年多的時間。
 
那么，當我們討論天問一號時，我們應(yīng)該談些什么呢？在這里，我將從歷史意義、航天技術(shù)、科學目標等方面著手，帶領(lǐng)大家更好地來了解這次天問一號的發(fā)射。

為什么是火星？
從科學角度，火星可以看做宇宙賜給地球的天然實驗室。
 
科學研究表明，在大約40億年前，火星的氣候應(yīng)該類似于地球，但最終因為某種原因變成了現(xiàn)在的模樣。在那個時候，河流在火星上蜿蜒流淌，星羅棋布的湖泊嵌在火星表面，甚至有可能存在著海洋。這些研究意味著火星具備產(chǎn)生生命所必備的元素，或許，火星曾經(jīng)也存在著生命？
 
此外，與南極類似，火星上空也存在著一個巨大的臭氧空洞。探索火星臭氧空洞形成的原因，以及臭氧空洞對火星造成的后果，都對地球的未來有著重要參考意義。
 
火星是除了金星以外和地球最近的鄰居。相比于金星表面近500攝氏度的高溫，火星表面顯然更適宜人類居住。顯然，探索火星就是在尋找人類的第二個家園。
 
無數(shù)的中外文學和影視作品，都曾幻想過人類在火星建立起殖民地的那一刻。大家所熟悉的《火星救援》，就描述了未來人類登陸火星攝人心魄的那一刻?！胺妓２欢啵挥幸恍┢茽€還在大洞邊緣漂浮著，這讓他有了一個全無阻礙的視角來看火星。紅色行星上布滿撞擊坑，似乎無止境地向遠方伸展著，它那稀薄的大氣層像薄膜一樣裹在邊緣。在歷史上，只有18個人親眼目睹過這個景象。” 這是在安迪·威爾著作《火星救援》一書中主人公即將獲救時透過飛船頂上的大洞凝視火星的場景，在這本書里，人類成功登陸了火星。
 
為什么是現(xiàn)在發(fā)射？
就像地球有著近日點和遠日點一樣，火星也有它的近地點和遠地點。每隔26個月，火星都會到達它的近地點，太陽、地球和火星位于同一條直線上，這時地球和火星之間的距離最短，這個天文現(xiàn)象被稱作“火星沖”。
 
在望遠鏡問世后，天文學家對于火星表面的觀測大都來自于火星沖期間。進入二十世紀，隨著人類航天技術(shù)的發(fā)展，人類已經(jīng)不滿足于透過望遠鏡看火星了。然而，無論是從難易程度亦或是經(jīng)濟角度去考慮，火星沖依然是火星探測活動最好的窗口。
 
現(xiàn)如今，在火星的上空或表面仍舊有8個探測器在運行并源源不斷地向地球傳輸數(shù)據(jù)，它們分別是2001年發(fā)射的美國的奧德賽號、2003年發(fā)射的歐洲火星快車號、2005年發(fā)射的美國火星勘測軌道飛行器、2011年發(fā)射的美國好奇號火星車、2013年印度發(fā)射的曼加里安號軌道器、2013年發(fā)射的美國大氣專家號、2016年發(fā)射的歐洲微量氣體探測器以及2018年發(fā)射的美國洞察號。
 
目前正處在2020年的火星沖期間，除了天問一號之外，阿聯(lián)酋的希望號火星探測器已經(jīng)在三天前發(fā)射升空了，NASA 的毅力號火星車將在7月30日發(fā)射。此外，歐空局和俄羅斯宇航局合作的 ExoMars 2020 火星探測任務(wù)也原本計劃于今年火星沖期間發(fā)射，但由于種種原因，歐空局和俄羅斯宇航局在今年3月宣布任務(wù)延期。這次延期意味著要至少再等兩年了，值得一提的是，這已經(jīng)不是 ExoMars 第一次延期了，它原本的名字叫做…… ExoMars 2009。

天問一號的任務(wù)是什么？
天問一號是中國行星探測任務(wù) “天問” 系列的首次任務(wù)，天問二字源于屈原的長篇《天問》，寄托了中華名族對自然的向往和不懈的追求。
 
國家航天部門希望將通過天問一號實現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸和巡視，對火星開展全球性、綜合性的環(huán)繞探測，在火星表面開展區(qū)域巡視探測。
 
而在科學方面，科學家們希望能夠借助天問一號的探測數(shù)據(jù)，對火星形貌與地質(zhì)構(gòu)造特征、火星表面土壤特征與水冰分布、火星表面物質(zhì)組成、火星大氣電離層及表面氣候與環(huán)境特征、火星物理場與內(nèi)部結(jié)構(gòu)等課題進行深入的研究。
 
作為中國深空探測的先導者，在航天技術(shù)領(lǐng)域，天問一號將檢驗我國重型運載火箭的探測能力，并且對我國深空導航技術(shù)和保障能力提出嚴峻考驗，同時也將挑戰(zhàn)我國的深空通信技術(shù)以及航天器的自主著陸能力。
 
這次發(fā)射對于中國航天事業(yè)有何意義？
上世紀90年代以來，隨著社會發(fā)展以及國家的重視，中國在載人航天、空間站、對月探測等方面取得了突破性的進展，可以說是僅次于美國和俄羅斯（繼承了前蘇聯(lián)的遺產(chǎn)）的航天大國。而這次天問一號的發(fā)射，則意味著中國將航天技術(shù)邁向一個新的領(lǐng)域——深空探測。
 
在深空探測上，美國和前蘇聯(lián)在上世紀六十年代開始就著手準備了，并且在上世界六七十年代就取得了成功。隨后，歐洲、日本和印度都開始發(fā)展自己的深空探測。其中，印度在2013年發(fā)射曼加里安號，成為目前唯一一個首次探測火星就大獲成功的國家—— 雖然曼加里安號只是一個軌道器，并沒有登陸火星。前邊我們也提到了，三天前阿聯(lián)酋也發(fā)射了他們的希望號火星探測器，按計劃，希望號不會著落在火星表面，而是會以55小時每周的速度在距火星表面2萬至4萬公里的軌道上繞行火星。
 
這次我們發(fā)射的天問一號由一架軌道飛行器和一輛火星車構(gòu)成，計劃于2021年著陸火星。按照規(guī)劃，本次天問一號的發(fā)射屬于中國火星探測計劃的第三個階段。計劃共有四個階段，前兩個階段完成了科學目標的指定、航天技術(shù)的研發(fā)、火星環(huán)境的探測等任務(wù)，屬于準備階段。而在未來的第四階段，中國計劃逐步成立火星表面觀察站、發(fā)展飛行器穿梭地球與火星、并且建立火星基地供機械探測器進入。這也意味著，中國的火星探測計劃的最終目標是為人類登陸火星打下基礎(chǔ)，以期建立火星基地。

然而，在深空探測這個領(lǐng)域上，中國還是一個初出茅廬的新手，我們面臨著許多挑戰(zhàn)。在廣袤無垠的宇宙空間中的7個月旅程里，天問一號將受到宇宙中高能粒子帶來的輻射、太陽風等離子體、電磁輻射等威脅，而在即將抵達火星之時，天問一號又會受到火星電離層、中性大氣、表面輻射的考驗。

天問一號標志著中國深空探測的從0到1，這之后，我們還有很長的路要走。天問一號正如《天問》的作者屈原在自己的另一篇名作《離騷》中說的那樣，“乘騏驥以馳騁兮，來吾道夫先路！”

參考文獻：

[1].李春來，劉建軍，耿言，等. 中國首次火星探測任務(wù)科學目標與有效載荷配置[J]. 深空探測學報， 2018，5（5）：406-413.

[2].王晶晶.  火星探測任務(wù)面臨的深空空間環(huán)境 | Calling太空，中科院之聲，https://mp.weixin.qq.com/s/IPJdGOQVxNLnJ5rm32y3FA

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