中国火星探测立项(中国火星探测的现状)

本刊记者/彭丹妮

5月15日早上8点20左右，我国火星勘探使命“天问一号”的火星车回禄号承认着陆在火星外表。这将是我国火星勘探史上的一个前史性时刻，因为它意味着我国成为美国、俄罗斯以外，第三个完结登陆赤色星球的国家。火星着陆是勘探使命中最阴险最困难的一关，也是失利率最高的阶段，整个进程被称为“恐惧七分钟”。

1962年9月，肯尼迪宣告了一段被后来人称之为“月球讲演”的讲演。在这次讲演中，他放出慷慨激昂——美国要在20世纪60年代完毕前把人送上月球，这被看作美苏月球比赛的挑战书。2010年，在肯尼迪航天中心的一次讲演中，奥巴马宣告，美国要在2030年代将宇航员送往火星。他说，“咱们现已为美国太空作业的下一华章设定了一个清晰的要害方针。”

奥巴马的“火星讲演”，标志着人类对火星的探究进入了一个新的时期：亦即载人登火。但彼时，我国没有真实含义上地参加过火星勘探。这一年，孙家栋、戚发端、龙乐豪、徐匡迪等八位院士聚在一同谈论，希望尽早展开火星勘探作业，国防科工局随即开端安排相关的证明。

国家航天局原局长栾恩杰曾在2016年撰文写道，我国本来有才能在2013年完结火星勘探，但因为多种原因，其时没能完结。“但人类探究火星的第三个时期咱们赶上了，咱们不该失掉这个时机。”

在2020年7~8月的火星勘探窗口，我国首个火星勘探使命“天问一号”发射，就在前后几天，阿联酋“希望号”与美国“毅力号”也分别动身了。“希望号”仅仅是盘绕火星以研讨火星大气，但“毅力号”却肯定是“天问一号”的比赛对手。中美火星使命将会在科学探究上比赛，也都会为将来在火星取样、载人登火等更久远的赛道上比赛打个头阵。

火星勘探比赛史

火星上榜首个来自人类的物体，是1971年12月苏联发射的“火星3号”，但它在着陆仅20秒后就敏捷失联，连摄影的榜首张火星相片都没能传全。直到4年后的1975年，美国发射的“海盗1号”和“海盗2号”着陆器，才真实成功地着陆并展开了作业。

1960年代，在人造地球卫星和月球勘探器发射不久后，人类就开端了悠远的火星勘探之旅，它开端是作为一种表现政治优越性的标志而存在的。在美苏太空争霸的大布景下，1960~70年代，两个劲敌互不放松，步步制衡，可是，就像“火星3号”的命运相同，苏联气势微弱，但其发射的20多个火星勘探器根本以失利告终。

“火星对俄罗斯人来说算是一个坟墓”，业界专家这样描述说，而美国不只成为那场比赛中的肯定赢家，一向到今日，美国无疑都是全球火星勘探范畴最富有经历和效果的国家。

1964年11月28日，美国“水手4号”勘探器在火星外面掠过，摄影了火星外表的榜首张特写相片。1969年头，美国又发射了“水手6号”和“水手7号”，发回了一些数据，且向地上传送了200张火星相片。

在1971年的发射窗口，美国和苏联迎来了剧烈的“火星抢夺赛”。在短短21天里，美苏相继发射了5颗火星盘绕器。终究，美国国家航空航天局（NASA）后动身的“水手9号”却首先抵达，于1971年11月14日进入环火星轨迹，成为人类榜首个火星盘绕器。自此，人类总算能够驻留在火星邻近长时刻观测了。

“水手9号”、“火星2号”与“火星3号”抵达火星时，刚好赶上火星沙尘暴。只要“水手9号”敏捷调整了状况，坚持到了沙尘暴停息，终究取得了远优于其它两个勘探器的勘探效果。仅就摄影这一项，水手9号就摄影了并传回了7000多张火星外表相片，利用它发回的数据，科学家制作了火星85%的地图。

早在19世纪晚期，人们通过望远镜就能够直接看到火星外表的特征。其时的科学家们发现火星上有许多水沟相同的形状，人们兴奋地以为，这是其时火星文明挖出来的一些相似运河的东西。可是，“水手”系列勘探器传回来的关于火星大气和外表的更为详细的数据，打破了这一广泛持有的观念。这些数据提醒了火星真实有目共睹的特征：它具有太阳系中最大的火山，沙尘暴常常横扫过它的平原，以及这里有迄今为止发现的最大峡谷之一——与美国大陆相同长的峡谷。

1975年8~9月，美国两个先进的“海盗号”火星勘探器发射，完结了前期火星勘探三部曲的终究一部——火星软着陆。“海盗1号”着陆器发回的全彩图片让人们认识到，这是个空阔、瘠薄、乱石遍及的星球，富含铁元素的土壤因为氧化而显得一片橙红。

“海盗计划”是人类火星勘探史上最贵重的计划之一，共耗资10亿美元，但取得的效果也引人注目。进入1980年代后，跟着苏联崩溃、太空比赛认识的极大削弱，使两国月球、火星甚至行星勘探的热心急剧下降，美国这一时期将要点放在空间站的建造。与月球勘探相似，火星勘探一度进入了约20年的沉寂时期。

栾恩杰将前期这段前史看作是技能才能完结期，首要验证了飞掠、盘绕、踏足火星的工程先进性。但在1992年之后，科学方针开端决议火星勘探的规划、仪器搭载等等。“从1992年开端，我觉得才是真实以科学驱动的新一波火星勘探热潮。”我国国家天文台行星科学家郑永春在承受《我国新闻周刊》采访时也表明。继美国和苏联后，上世纪90年代，日本、欧洲和印度也相继参加火星勘探举动。

从1992年开端，以美国“奥德赛”号与欧盟“火星勘探轨迹器”为标志的一系列盘绕、落火、就位勘探、火星车巡视勘探，包含“火星快车”、“时机号”、“勇气号”、“凤凰号”和“猎奇号”使命等，都在普查的根底上，聚集某些有限的要点科学研讨项目进行勘探。

比方，2018年美国NASA的“洞悉号”着陆器，带着了火震仪和暖流检测仪等仪器，方针是探究火星的内部结构、热状况、自转改变等地球物理性质，可谓火星上的榜首位“地球物理学家”。

我国的“弯道超车”

火星盘绕太阳一周的时刻则需求687个地球日。公转周期的不同导致地球和火星之间间隔时刻处于改变中，从5500万千米到4亿千米不等。二者每约780天（26个月）才会合一次，此刻两颗行星间隔抵达最近。

算好时刻，在间隔最近的时分抵达火星，能够缩短耗时，节约燃料，然后下降火星勘探本钱。也便是说，火星勘探每隔26个月才有一次发射窗口。可是，当失掉苏联这一比赛对手后，在许多个勘探窗口期里，只要美国NASA的火星勘探器鹤立鸡群。

到了2018年，全球现已展开了44次火星勘探使命，其间美国21次、苏联/俄罗斯19次。可是，在这几十年里，我国一向都不是牌桌上的玩家——期间除了一次失利的测验。

2007年，我国和俄罗斯签署了“萤火一号”使命。我国首颗火星勘探器“萤火一号”搭载俄罗斯“福波斯-土壤”勘探器发射。中俄联合火星勘探器副总规划师陈昌亚其时泄漏，之所以与俄罗斯协作，一方面是我国希望展开自己的技能，一方面是俄罗斯希望找一个同伴。在火星勘探上，其时我国虽然也具有了抵达火星的才能，但在通讯才能上还有缺乏。

2011年11月9日，“福波斯-土壤”发射，因为变轨不成功在地球大气层中坠毁，“萤火一号”计划也随之夭亡。进入21世纪，全球共施行了14次火星勘探使命，这一阶段，绝大多数火星使命都成功了，但唯一俄罗斯的“福波斯-土壤”没有躲过厄运。

被誉为“嫦娥之父”的我国科学院院士欧阳自远指出，依据世界深空勘探的展开进程，各国一般在展开初次月球勘探后的2年～3年内即展开初次火星勘探。即便是印度，也在2008年头次探月后，在2013年发射了最省钱的火星勘探使命“曼加努安号”。2014年9月，该勘探器成功进入火星轨迹，成为继美国、俄罗斯和欧洲后，第四个成功探火的国家。

在“萤火一号”出现意外后，我国决计自主展开火星勘探使命。有专家总结，我国要想完结自主深空勘探，除了勘探器这个“主角”，还要处理运载火箭推力不行的问题，并织起更强壮的深空勘探网。但欧阳自远曾对媒体表明，我国自主火星计划因各种非技能原因迟迟未能立项，屡次错过了勘探火星的窗口。

2007年10月，“嫦娥一号”月球勘探卫星在西昌卫星发射中心成功发射。之后，欧阳自远与探月工程总规划师孙家栋院士及相关工程体系的专家曾向有关部门主张：“嫦娥二号”不要去探月了，改为火星勘探器。“咱们曾安排专家进行了可行性证明，结论是2009年具有发射火星勘探器的条件。很可惜，这一主张未被选用。”欧阳自远说。

专家们给出的第二个时刻点是2013年。但终究立项，又晚了3年。

依据国家航天局探月与航天工程中心深空勘探整体部部长耿言等人在论文中所指出的，2010年8月，孙家栋等八名院士联名向国家主张，展开深空勘探的归纳证明，专家组提出力求2013年发射，国防科工局当即安排专家组展开了展开规划和施行计划证明，通过三轮迭代和深化，于2016年1月正式立项施行。

2018年，是火星项目正式立项后的榜首个窗口期。运载火箭是深空勘探活动的根底确保，但在2017年，“长征5号”发射使命失利，该火箭直径抵达5米，被称为“胖五”，是我国现在技能最杂乱、运载才能最大的新一代火箭，承当火星勘探、探月三期工程以及“天宫”空间站建造等一系列重大使命。

“天问一号”有效载荷体系负责人王赤曾参加过我国“萤火一号”卫星项目，他说，现在我国现已有了自己的长征五号大型运载火箭，也建造了自己的深空测控网，总算能够彻底依托自己来展开火星勘探项目。

到了2020年的发射窗口期，我国总算参加到这场火星比赛中来了。这一年7月23日12时41分，我国“天问一号”勘探器，在海南岛东北海岸我国文昌航天发射场，由长征五号遥四运载火箭发射升空，火箭飞翔约36分钟后，成功将勘探器送入预订轨迹。

2015年头的时分，欧阳自远曾计算，即便从其时那个时刻点展开研发，依据航天工程的研发周期，到初次火星勘探使命的发射，还需求大约5年左右的时刻，即2020年，那时，间隔我国初次探月现已过去了12年多。

作为对这种起步晚的补偿，业界专家们达到的一致是，要想缩小世界间隔，只能三步并作一步走：“跟着我国航天技能的前进和对火星外表了解程度的加深，直接越过单纯盘绕勘探阶段，将盘绕勘探与巡视勘探相结合，是我国高起点展开火星勘探的理性选择。”欧阳自远曾表明。

这便是“天问一号”项目一向在提的一次完结“绕、落、巡”，盘绕、着陆、巡视。航天五院深空勘探和空间科学首席科学家、中科院院士叶培建则直接点出，我国初次火星勘探使命实为“弯道超车”。

胜败在于着陆，只要一次时机

现在，NASA的两个勘探器还在火星外表活动：“洞悉号”正在勘探火星的内部，并提醒了“火星地震”常常使其外表轰动；2012年发射的“猎奇号”火星车仍在盖尔环形山邻近绕圈、张狂自拍，研讨环形山陈旧湖床上的岩石和沉积物。

与此同时，一些绕行器正在从火星轨迹上传来数据：包含NASA的MAVEN轨迹器、火星侦查轨迹器和奥德赛轨迹器；欧洲空间局的“火星快车”和“火星微量气体使命卫星”以及印度的火星轨迹勘探器“曼加里安号”。现在，它们将迎来新的同伴。

2021年5月15日，我国的“天问一号”成功登陆火星的乌托邦平原。

自1960年代以来，在被派往火星的近50个航天器中，到现在为止只要五位选手，包含最新的“毅力号”在内，成功在火星外表着陆并巡视过，它们全都来自美国。虽然严格来说，1971年抵达火星的苏联“火星3号”才是榜首个成功软着陆火星外表的勘探器，但它在着陆仅20秒后就敏捷失联，没能顺利展开勘探作业，连摄影的榜首张相片都没能传。“天问一号”带着的火星车“回禄号”的成功着陆，让它成为继苏联、美国后第三个完结该技能的国家。

在太阳系中，地球和火星都坐落科学家所剖析的“宜居带”中。因而，勘探火星一向都是在为寻觅“第二个地球”作预备的。详细而言，人类勘探火星最首要的方针，便是寻觅水和生命。

美国的勘探器先是发现了火星上水冰的存在，紧接着，2014年12月16日，NASA宣告，“猎奇号”火星车检测到火星大气中含有极微量的甲烷。大部分甲烷都是由微生物发生的，因而，在火星上观察到的季节性甲烷改变或许也是火星微生物效果的成果。

在寻觅生命的路程里，“毅力号”接下了“猎奇号”的接力棒， 但它要做的更多。北京时刻2021年2月19日清晨，“毅力号”在耶泽罗陨石坑下降，之后将会在这里展开长达两年的勘探使命。

与“毅力号”较为聚集的科学方针比较，因为我国是初次展开火星勘探，因而，几个科学方针都要一同完结，欧阳自远总结，我国火星勘探计划是“要树立我国的火星全球数据库”。这包含三个层面：榜首，完结火星全球地势、地貌、土壤和岩石的成分的勘察，研讨火星演化史；第二，监测火星全球环境，包含火星电离层、磁场、气候改变等；第三，探寻火星生命或从前存在过生命的遗址。其间，寻觅火星地表和地下是否存在水冰是最重要的科学方针。

在技能上，着陆是“绕、落、巡”三步中最困难的部分。“天问一号”勘探使命总规划师、我国探月与航天工程中心总工程师张荣桥介绍，在被称为“恐惧七分钟”的时刻内，勘探器需求从每秒4.8公里的速度“急刹车”到零，忍耐上千摄氏度的高温，然后选用四段进行减速。

“这次（火星）使命最中心、最难的当地，便是勘探器进入火星大气后气动外形和下降伞减速的进程，而且只要一次时机，有必要成功。因为地球与火星间隔悠远，整个进程无法由地上实时操控，有必要依托勘探器自主完结。”孙泽洲说。

“天问一号”有效载荷体系负责人王赤曾表明，“天问一号” 是没有备份星的，所以假如这一次失利了，我国不太或许在两年之后重复相同的使命。

未来谁能先把火星碎片带回地球

现在，尚没有一个着陆器挨近于完结十分要害的一步：将火星上的少数原始碎片带回地球，以便研讨人员能够运用勘探器上无法装置的实验室设备来研讨它们的生物痕迹。但现在，这一使命现已提上日程。

NASA火星使命资深参加者马特·华莱士希望，“毅力号”的底线方针，是在一个火星年中至少搜集20个样本。然后等候2026年或2028年发射的一个样本收回着陆器和一个地球回来轨迹器将其带上并回来——该火星初次取样使命估计将最早于2031年完结。

这一时刻点与我国的计划挨近。“天问一号”能完结盘绕和登陆火星外表展开勘探，但尚无法把火星样品取回来。我国航天科技集团五院党委书记赵小津泄漏，我国计划于2030年前后施行火星采样回来、木星系勘探等使命，并展开要害技能研讨，推进深空勘探工程施行。

火星是美国整个勘探计划里边十分重要的一个类别，而且优先级越来越高。2010年，奥巴马提出美国航天新计划，停止布什政府提出的国家载人航天飞翔项目，将目的地改为火星和小行星。10年后，NASA前局长吉姆·布里斯登廷在2020年财年预算听证会上宣告，为了完结这一载人登火的宏愿，美国计划迈出的榜首步是重返月球，为抵达火星做预备。

郑永春说，在NASA近几年两三百亿的年预算中，花在火星使命的经费应该占约1/3~1/2左右。一个“猎奇号”都花了26亿美元，“毅力号”至少也要花这么多，其它小行星使命，仅仅几亿美元等级。“载人航天这类能够交给商业公司做的工作，NASA在渐渐退出了，政府要点便是火星探究这类科学价值大又没有商业利润的使命。”

有学者将近10来年的太空比赛格式称为“太空2.0”年代。与榜初次太空比赛比较，私营的、商业的、非美国主导的政府参加者进场，使得太空范畴的玩家越来越多样，新的太空比赛，比拼的是谁的形式、办法更优。

奥巴马政府时期的NASA前局长查尔斯·博尔登在承受《我国新闻周刊》采访时指出，NASA现在开端运用一种新的形式：和商业机构一起投入资金，NASA供给根本理念、思路，之后由商业机构供给规划计划，咱们选择最契合咱们方针的计划，然后让他们用各自的方法去完结。

王赤在承受媒体采访时指出，美国的火星勘探有安稳、长时刻的规划，每一步都有十分清晰的路线图。“咱们的确短少长时刻规划，也短少安稳的科学研讨人才队伍……有必要培养出一批优异的行星科学研讨者，在未来几十年中继续、安稳地推进我国的行星科学研讨。”

我国探月工程总规划师吴伟仁在2019年4月份承受《国家科学谈论》采访时指出，假如将嫦娥工程的总投入均匀到工程施行的这十几年中，年均投入额只占我国年GDP的万分之零点三，和美国“阿波罗计划”等项目比较，这样的费用水平并不高。

但我国的太空勘探，还是以政府主导。“月球和深空勘探工程是国家毅力，也是人类寻觅地外生存空间的必经之路，所以政府一定会继续支撑。”他说。