10月11日中航科技公佈的中國火星探測器。來源：中國航天科技集團有限公司官方微博

2020年是一個火星年，全球矚目。屆時中國、美國、歐洲和俄羅斯都將利用這個視窗時間向火星發射探測器， 中美俄歐四方三臺火星車將齊聚火星，展開新一輪的火星探測競賽，中國也將第一次參與這場激動人心的競賽。

10月11日，中國航天科技集團有限公司通過官方微博首次公開中國火星探測器照片。圖片顯示，探測器由環繞器、著陸器等多個部分組成，與此前公佈的模型基本相似。工作人員正在對火星探測器進行著安裝測試等工作。而近日，中國科學院院士、中國空間技術研究院空間科學與深空探測首席科學家葉培建近日接受媒體採訪時表示，目前火星探測任務正在有序進行，各項工作都在向前推進。將於2020年發射。這也表示中國正式加入這場火星探測競賽。

至此中國、美國、歐洲和俄羅斯都公佈了2020年火星年的火星探測計劃，我們從公開資料中收集了相關資訊，並製作了下表，全面的比較了三個火星探測器。如下圖：

根據公開資料整理的中、美、歐俄三個火星探測器的比較

中國的"火星一號"探測器

中國的火星一號探測器包括軌道器（中繼衛星）和火星車兩部分，將於2020年由長征五號運載火箭發射升空， 2021年2月11日（除夕）前後進入火星軌道。經過兩個月的遙感探測、選擇著陸點和軌道調整後，著陸艙與4月23日搭載著火星車與軌道器分離開始著陸，經過"恐怖7分鐘" （7 Minutes of Terror）著陸火星表面。火星車預計4月30日駛離著陸艙開始科學探測任務，5月14日左右第一批科學資料就會下傳。

中國計劃在一次火星任務中完成"繞"、"落"、"巡"三大任務，在航天史上史無前例。葉培建院士在接受採訪時表示：第一我們要能夠對整個火星進行全球觀測；第二要降落在火星；第三火星車要開出來，在火星上巡視勘測。這當中有很多難點，如果做成，這將是全世界第一次在一次任務當中完成三個目標。這個工程實現是個很大的創新。

中國火星探測器模擬圖，來源：央視

環繞火星執行的軌道器上將搭載高、中解析度相機、光譜儀、磁力計、表面雷達、離子和中性粒子探測儀等科學載荷；巡視器上將搭載探地雷達、光譜相機、小型氣象站、磁場探測儀等載荷。主要任務是進行火星地貌、土壤探測、大氣環境、生物探測等，幫助我們建立起對火星全面而基礎的認識。

美國的2020火星漫遊車計劃

"火星2020"火星車的設計將源自於"好奇號"，不過會搭載不同的科學載荷，相當於好奇號的升級版。火星漫遊車的任務將是尋找微生物或古代火星生命的痕跡，並收集和儲存樣本，這些樣本可以在未來的火星任務中帶回地球。

火星2020 漫遊車和攜帶的火星直升機，來源NASA

它攜帶的X射線光化學熒光光譜儀，可以更加精細地測定土壤和岩石的元素構成。地下雷達成像儀則直接可以探測地下十米以內的水冰和鹽水含量和有機物的含量。火星2020探測器將搭載23個高品質成像攝像頭。其中最為強大的是在桅杆上的攝像頭系統（MASTCAM-Z），其主要任務是通過強大的變焦鏡頭拍攝火星表面的高清晰度視訊、全景三維影象，還能夠放大遙遠的目標進行詳細觀察。根據距離的不同，影象解析度可在每畫素150微米到7.4毫米之間進行放大。主要目的是通過高清觀測能力放大岩石，找出一些可能保留生物留存遺蹟的岩石。

2020火星車裝配工作，由位於加利福尼亞州帕薩迪納的美國航空航天局噴氣推進實驗室負責安裝的測試。 "火星2020"火星車的降落艙將採用火箭技術的"天空起重機"， 降落艙使"火星2020"火星車能安全地降落到火星表面。目前已經完成大部分裝配工作。

探測器將攜帶人類首個火星製氧裝置MOXIE（Mars OXygen In situ resource utilization Experiment，火星氧氣原位利用實驗）。這套極其複雜的裝置將由MIT與哥本哈根大學研究所合作。可以通過非常複雜的反應過程產出純淨的氧氣。如果測試成功，用以這種方式生產氧氣以供未來登陸火星的宇航員呼吸，也可以作為相關火箭燃料的氧化劑。

此次火星的另一個亮點就是配備了首架火星直升機，這架直升機根據火星低密度的大氣進行特殊的旋翼設計，為了提供足夠的升力，外形採用雙旋翼共軸串列布局，長度1.2米，每分鐘轉速達到驚人的2800轉。NASA計劃使用火星直升機增加從空中觀測地面的視角，輔助火星車拍攝更大範圍的震撼影象，並能為火星車提供更精確的導航、定位，還能"偵察"前方地形，甚至可以攜帶科研儀器，擴大火星車探測範圍。不過這架直升機不會飛行太遠，每次起飛需要NASA對火星車附近天氣環境進行判斷。

NASA從60多個獲選地點，經常5年的研究和論證最終決定選出的。

NASA從60多個獲選地點，經常5年的研究和論證最終決定選出的。這個隕石坑寬度為45千米，曾經是河流三角洲，有黏土和碳酸鹽巖等，可能還有水流曾經帶來的各種礦物質，因此有望在這裡收集到有機分子，發現微生物存在的跡象。

歐洲和俄羅斯合作的ExoMars 2020計劃

這個計劃是由歐洲航天局（ESA）和俄羅斯航天局合作的火星探測計劃。包括 一個登陸平臺和羅莎琳德·富蘭克林火星車。ExoMars 2020的計劃於2020年7月25日至8月13日期間通過俄羅斯質子號M火箭發射升空。

ExoMars的火星車的任務將是在表面尋找生命跡象、並建立精確的火星地表和淺層地表的視覺和光譜特徵。它將使用鑽頭收集樣本，並用新一代儀器進行全面分析。ExoMars將是第一個結合火星表面移動探測和深度研究能力的任務。研究淺地下深度的水源、礦物 以及火星大氣中的微量氣體（甲烷）及其來源。

ExoMARS 2020 降落示意圖，來源ESA

ExoMars2020火星車擁有強大儀器組合以支撐這些任務。主要包括：紅外光譜探測儀ISEM，全景相機PanCam、高解析度相機HRC、廣角相機WAC、多光譜地下研究成像儀（主要目標是研究火星的地下環境）、中子輻射自主探測器（輻射背景的中子成分監測）、高解析度彩色相機（精細拍攝岩石和鬆散物質的影象）、火星有機分子分析儀（分析火星表面和地下沉積物中揮發性和難降解的有機化合物）、近紅外高光譜顯微鏡（從顆粒尺度上識別火星樣品的礦物和分子組成）、拉曼鐳射光譜儀（非彈性的散射輻，礦物和生物標誌物鑑定）、水冰地下沉積觀測雷達（探測淺層地下結構，繪製地下層圖）

為什麼要探測火星

偉大的航天先驅齊奧爾科夫斯基曾經說過："地球是人類的搖籃，但人類不可能永遠生活在搖籃中"。開始他們將小心翼翼地穿出大氣層，然後去征服太陽系。". 他是現代航天事業的創造人，航天理論的奠基者。人類要擴充套件生存空間，探索未知的宇宙，火星將是人類的第一站。

·火星和金星是離地球最近的行星，金星由於較靠近太陽，溫室效應引起的超高溫（平均地表溫度接近500度）、超高氣壓導（93倍地球大氣壓）致環境十分惡劣，存在生命的可能性極低。而火星也位於太陽宜居帶的外沿，火星擁有與地球類似的自轉速度、傾角，並且擁有較為稀薄的大氣層，火星全年平均氣溫零下55℃-60℃之間，赤道附近高溫可以超過 30 °C。因此成為了各國行星探測的首選目標。·火星數十億年前曾經擁有和地球非常相似的環境，擁有大量地表流水（河流、湖泊甚至可能還有海洋）、濃厚的 大氣層。探索使火星的地質和氣候變化的原因和過程， 對保護地球的氣候條件具有重大意義。也對我們了解地球形成、演變過程和未來有重要意義。·火星曾經的環境可以支援生命的生存。因此研究火星地質和氣候變化原因和過程, 對研究生命起源等有重大的意義。·火星是太陽系內，除地球外最適宜人類居住和外星殖民的的行星。火星的南北兩極存在大量的水冰和乾冰混合，大氣中的二氧化碳等，人類可以利用這些資源和太陽能對火星進行改造，火星將來可能成為人類的地球之外的新家園，成為人類擴充套件生存空間，走向宇宙深空的第一步。關於火星

火星是是太陽系八大行星之一，離太陽第四近的行星，也是太陽系中四顆類地行星之一。古代中國因為它熒熒如火，位置、亮度時常變動讓人無法捉摸而稱之為"熒惑"；西方稱火星為瑪爾斯（Mars），是羅馬神話中的戰神。

火星的直徑約為6794 km，約為地球的53%，品質為地球的14%。火星擁有以地球相似的自轉軸傾角（24度），自轉週期24.6小時，因此火星上也有類似地球的春夏秋冬四季的氣候變化。公轉周斯約為687地球日。

火星全景圖，兩極皆有水冰與乾冰組成的極冠，並會隨著季節消長。來源NASA

地球、火星、月球的大小對比

火星在視覺上呈現為橘紅色是由其地表所廣泛分佈的氧化鐵造成的。火星地表沙丘、礫石遍佈且沒有穩定的液態水。

火星擁有稀薄的大氣，95%的二氧化碳，3%的氮氣，1.6%氬氣，很少的氧氣、水汽等，地表氣壓只有6百帕，約為地球表面氣壓的0.6%，相當於地球表面算起35公里高的氣壓。沙塵懸浮其中，每年常有塵暴發生。因為火星火星稀薄且有塵土顆粒,吸收藍光使天空成黃褐色。但是在日出日落入射角小時，短波段的藍色光子更易散射，因此日出和日落時反而呈現美麗的藍色。

1972年， "水手9號"探測器拍攝了7000多張火星照片，這些照片顯示了火星表面70%區域中的峽谷、火山和乾涸的河床。

火星的地形的另一個地形特徵是南北半球的明顯差別：火星南半球是古老、充滿隕石坑的高地，北半球則是較年輕的平原。火星表面70%區域中的峽谷、火山和乾涸的河床。

火星兩極皆有水冰與乾冰組成的極冠，並會隨著季節消長。火星有兩個不規則天然衛星：火衛一和火衛二。

火星上的水、甲烷等發現過程

目前科學家根據火星探測的資料，認為火星地表遍佈著流水的遺蹟，有些是洪水刻畫而成，有些則是降雨或地下水流動而形成，但多半年代久遠，可能發生在數十億年前。

2008年7月31日，美國航空航天局科學家宣佈，鳳凰號火星探測器在火星上加熱土壤樣本時鑑別出有水蒸氣產生，從而最終確認火星上有水存在。

2012 年 8 月，火星探測車好奇號(Curiosity)，首度從火星一塊擁有 30 億年曆史的沉積岩中發現有機分子，包括噻吩(thiophene)、甲硫醇(methanethiol)、二甲基硫醚(dimethylsulfide)、2-and 3-methylthiophenes 等，表明該星球數十億年前的環境條件有能力滋養生命。

2013年9月26日，美國航空航天局科學家報告，火星探測器好奇號發現火星土壤含有豐富水分，大約為1.5-3%的重量。

2014年，好奇號火星車發現了甲烷氣泡。NASA的科學家稱，這一發現可能預示著 "古代甲烷被封存的證。

2015年, NASA科學家發現火星表面在夏季出現了鹽水流動的痕跡。

2018年7月，歐洲航天局(ESA)的研究員在火星上發現了第一個液態地下水湖。

2019年6月，NASA宣佈，從好奇”號等探測器，在火星大氣中連續15年的甲烷觀測資料顯示，甲烷存在的證據在不斷累積，火星大氣中甲烷的背景水平平均為十億分之一，且存在較大水平的波動。

2019年10月， "好奇"號火星車發現火星曾存在鹽水湖。

參考資料：

NASA官方網站

ESA官方網站

中國航天科技官方微博

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