火星，或許是日月之外人類最早注意到的天體之一。古人稱火星為“熒惑”，在春秋戰國時期諸子百家的著作裡，就出現了大量對於“熒惑”的記載。千百年後，在2020年4月24日中國航天日，國家航天局正式公佈：中國行星探測任務命名為“天問系列”，首次火星探測任務命名為“天問一號”。

“天何所沓？十二焉分？日月安屬？列星安陳？”2000多年前，當古人仰望星空，那片靜謐又神秘的藍就已勾起了對太空的好奇心，屈原曾這樣撰詩“問天”。漫漫歷史長河，人們在仰望與埋首中，積累了大量的理論與實踐。如今的中國科學家，要將這些問號，遞交到蒼穹深處。

這個夏天，註定熱鬧。北京時間7月20日凌晨5時58分，阿聯酋首個火星探測器“希望”號從種子島宇宙中心發射升空，宣告2020年“火星季”正式開啟。

我國首個火星探測器也即將擇機發射升空，任務目標是透過一次發射，實現火星環繞、著陸和巡視探測，獲取火星探測科學資料。就在前幾天，長征五號遙四運載火箭在我國文昌航天發射場完成技術區總裝測試工作後，垂直轉運至發射區，目標：火星！

　一問：為何是火星？

從“火星叔叔馬丁”，到電影《火星救援》裡種植土豆來自給自足，火星一直寄託著人類無數太空夢想，萬眾期待中的中國首次火星探測之旅，即將按計劃開啟。

火星是地球的鄰居，這顆在夜空中紅色熒熒的星球，因為與地球的種種微妙相近，一直以來都是科學家們關注的焦點。火星的地質情況與月球非常接近，其大小介於地球和月球之間，重量大約是地球的十分之一，體積相當於地球的六分之一。火星與地球有著相似的自轉週期，火星上的“一天”大約是24小時39分鐘。與地球相似的自轉傾角也意味著它與地球一樣有著四季的變化。此外，火星有著以二氧化碳為主的稀薄大氣。

經過長期的觀測和數十年的近距離探測，人類已經對火星有了一定的瞭解，但這還遠遠不夠。無論是火星電離層、火星大氣層、火星土壤、火星內部結構，還是火星的形成與演化過程等，都存在著許許多多的科學問題有待我們進一步探索和考證。在太陽系中，除了地球外，是否有其他星球存在生命呢——這是人類長久以來不懈探索的一個問題，火星是太陽系中最容易到達的恆星，也是研究這個問題的絕佳地點。

“地球受到太多的自然威脅，加上人類自身的一些行為，未來很可能不再宜居。”去年，中國科學院院士、著名天體化學與地球化學家歐陽自遠在軟體定義衛星高峰論壇上如是說，“我們要在太陽系裡找到一個物件，探討能否把它變成第二個地球，讓人類能夠大量地遷居到上面去。”目前來看，唯一可能的天體就是火星。

圖說：地球和火星的軌道週期、會合週期示意圖 來源/國家航天局

二問：為何是2020年？

“錯過了2020年，那隻能等兩年零兩個月以後，才能再發射一次探測器。”歐陽自遠表示。這是因為地球和火星都在圍繞太陽運轉，兩者的相對位置不斷變化。從地球的視角來看，每隔大約780天才能和火星最接近一次，這個時間又叫做會合週期，大約是26個月，即每26個月出現一次寶貴的火星探測發射視窗期。

人類現有的以化學燃料為核心動力的火箭效能依然有限，但是如果利用這個會合時間點附近的視窗探測，成功率就會高很多。人類對火星的探測始於上世紀60年代，基本都要利用一次次會合週期開啟的探索窗口出發探測。

要知道，火星離地球非常遙遠，是“地月”距離的數百倍，目前最先進的探測器從地球飛到火星，大約需要七八個月。

這個發射視窗期將飛向火星的除了中國“天問一號”，還有美國的“毅力號”火星車，阿聯酋的“希望”火星探測器。原本全球四大“探火”任務，如今還有三個依然堅持——歐洲與俄羅斯合作的ExoMars火星漫遊車已宣佈推遲到2022年發射。

圖說：中國火星車與著陸器 來源/國家航天局

三問：怎麼到火星？

我國首次火星探測任務將透過一次發射任務，實現對火星的“環繞、著陸、巡視”三個目標，開展火星全球性和綜合性探測，並對火星表面重點地區精細巡視勘查。中國火星探測器分為環繞器與著陸器兩部分，探測器預計在近期由長征五號遙四火箭發射升空。

火箭將探測器發射至地火轉移軌道，隨後在地面測控系統的支援下，透過多次軌道機動和中途修正，在近火點實施制動，進入環火橢圓軌道，執行到選定的進入視窗，探測器將進行降軌控制，釋放著陸巡視器。

著陸巡視器進入火星大氣後，透過氣動外形、降落傘、發動機、多級減速和著陸反衝軟著陸。火星車（即巡視器）和著陸平臺分離後，將開展區域巡視探測和相關的一些工程實踐活動。環繞器將為火星車提供中繼通訊鏈路，並開展環繞科學探測。

四問：誰送“天問一號”上天？

今年1月19日，長征五號遙四火箭的氫氧發動機完成了總裝出廠前的最後一項驗證：100秒校準試車——標誌著這臺發動機效能達到預定要求，即將轉入火箭總裝階段。長征五號遙四，就是發射“天問一號”的火箭。

被大家暱稱“胖五”的長征五號火箭，也曾經歷過至暗時刻——2017年7月2日，長征五號遙二火箭發射失敗，帶著實踐十八號衛星一同葬身太平洋。直到2019年12月27日，長征五號遙三運載火箭成功將實踐二十號衛星送入預定軌道，“胖五”才王者歸來。

圖說：長征五號遙四運載火箭垂直轉運至發射區 來源/新華社

據瞭解，前年發射嫦娥四號的長征三號乙火箭的地月轉移軌道運力近4噸，把總質量3780公斤的嫦娥四號著陸器及玉兔二號月球車直接送入地月轉移軌道已經是極限。去往更遙遠的火星，需要我們有更強大的火箭，更何況需要一次性完成“繞落巡”使命的“天問一號”總重約5噸，比“嫦娥四號”還重了一噸。也就是說，“天問一號”的火星之旅，必須要運輸能力更強大的火箭來保駕護航，那就是——長征五號。

五問：“探火”“探月”有何不同？

地球的懷抱已經無法束縛人類，我們將目光投向深遠的太空。“嫦娥四號”登陸月球背面，中國航天經歷了四個型號任務的努力，跨越了38萬公里的距離，才得以圓夢“廣寒宮”。這一次，“天問一號”的問天之旅，又有哪些不同呢？要知道，月球與地球的距離為36萬至40萬千米，而火星距離地球為5600萬至4億千米，地火最遠距離約為地月距離的1000倍，無線電訊號從火星附近傳輸到地球最長需花費23分鐘。中國首次自主火星探測將使中國的深空探測能力提升至4億千米遠的空間。

“落到火星上以後會面臨三個挑戰。”中國科學院上海技術物理研究所副所長、月球與深空探測系列載荷指揮舒嶸在去年的一期《墨子沙龍》中表示，“第一是沙塵暴，沙塵暴來了以後，火星車必須要把自己保護好，否則整個儀器會被掩蓋掉。而且沙塵暴來了以後，太陽能帆板上面的沙塵會降低能源的轉化效率。第二是光照問題，因為火星離太陽很遠，在火星上接收到的太陽光能量只有月球表面的40%。我們國家的月球車是兩塊帆板，但是我們的火星車要由四塊帆板構成的，這樣才能能量保持大致相當。第三是火星上的重力，月球的重力只有地球的六分之一，但是火星重力沒有那麼小，在火星上面要跑同樣重量的火星車，需要的能量也比月球上要高。”這三個挑戰給火星車的應用帶來了一些新的問題。

圖說：人類目前探測火星的任務主要分為四種，分別是：僅驚鴻一瞥的飛掠任務、可登高望遠的環繞任務、能觀天測地的降落任務、可自由移動的巡視任務 來源/國家航天局

六問：什麼叫“恐怖7分鐘”？

進入火星大氣層到著陸，有著步步驚心的“恐怖七分鐘”，即再入、下降與著陸過程中，要在7分鐘內將探測器的時速從兩萬千米降低到零。從上世紀60年代人類第一次發射火星探測器至今，能夠安然挺過這7分鐘的，不足兩成。因此這顆紅色星球也被形象得稱為“航天器墳場”——它“沒收”了太多人類探測器。

著陸點的選擇非常重要。“從工程上來說，既不能是孤島，又不能是陡坡或者非常軟的地方，不能讓火星車下去後就無出路、傾倒或陷進去。”舒嶸還介紹道，“因為火星上由高山、峽谷，不能著陸後把太陽擋住，沒有光照就沒了能源。”

據介紹，目前在國際上有三種降落方式：氣囊式、支架式和起重機天抓式。“我們把支架式和起重機天抓式相結合。”舒嶸透露，“我們的著陸器也是有四條腿，也有降落傘，但是我們四條腿的著陸器自身具有避障的模式，可以自主避障平移。此次中國火星探測計劃，用了嫦娥奔月的技術，再加上載人航天返回大氣層的降落傘減速這兩項技術的結合。”

新民晚報記者 郜陽 綜合報道

【相關連結】火星上的人類印跡

人類對火星探索的嘗試幾乎貫穿著整個航天探索史。1965年7月14日，美國水手4號飛掠火星，並向地球傳送了22張火星表面的近距離照片，使人類第一次目睹火星的真容。同年11月，美國航空航天局（NASA）的水手9號火星探測器抵達火星，改變了人類對火星形貌的認知。1975年，NASA發射了海盜1號和海盜2號，這是人類頭兩個成功著陸火星並順利開展工作的探測器。

1996年11月7日，NASA發射了火星全球探勘者號（MGS），發現了火星上存在古代水的跡象。1997年7月，火星探路者號著陸器和旅行者號探測器抵達火星。火星探路者是第一個使用安全氣囊緩衝著陸的探測器，而旅行者是第一個在火星上盤旋的探測器。不幸的是，同年9月，火星探路者號和旅行者號與地球失去了聯絡。

21世紀以來，大量火星車和環繞器攜帶多種效能卓越的科學載荷，全方位開展火星表面探測。其中2001年發射的火星奧德賽號探測器是目前執行時間最長的火星探測器。在2003發射視窗，歐空局發起了對火星的首次嘗試，將環繞器火星快車號和著陸器小獵犬2號送往火星。2007年，NASA鳳凰號著陸器發射升空，次年降落在火星北極一帶，是目前人類最北的火星著陸任務。

2012年8月，NASA的好奇號成功著陸於火星赤道一帶的蓋爾撞擊坑中，它不僅可以透過拍照等遙感方式遠端探測火星表面的形貌成分，還能在火星上鑽孔，直接取樣分析火星樣本的成分。2018年，NASA的洞察號著陸器奔赴火星，其攜帶的火震儀已經觀測到數百次不同震級的火星震動。