5月15日,中國首次火星探測任務天問一號探測器在火星烏托邦平原南部預選著陸區著陸,在火星上首次留下中國印記。後續,祝融號火星車將依次開展對著陸點全域性成像、自檢駛離著陸平臺並開展巡視探測。
在肉眼觀星的時代,地球的夜空中總會有一顆星星,呈現出比周圍星辰更加顯著的紅色。中國古人稱其“熒熒如火”,這便是火星。
火星的火紅色,自古就吸引著人們,而古希臘更是稱之為戰神。此時人們觀測火星就和其他天體般,大部分是為了占星。而科學目的主要在17世紀之後,如開普勒探索行星運動定律時就是依據了第谷積累的大量而精密的火星執行的觀測資料。
1996年,著名天文學家卡爾·薩根在應NASA要求而寫的報告中列舉了探測火星的九大理由。其中就包括探索火星氣候變化對保護地球具有重大意義,有助於瞭解地球臭氧層一旦消失對地球的極端後果,在火星上尋找曾經的生命化石,火星是一個可供人們移居的星球等。
隨著人類於20世紀50年代邁入航天時代,人類數萬年來征服太空的夢想終於成為現實,對於宇宙的研究也突飛猛進。從1960年10月10日蘇聯代表人類首次發射火星1A號探索火星開始,包括蘇聯、美國、歐洲、日本、印度、中國共已發射數十艘太空船研究火星表面、地質和氣候。
但火星被稱為人類探測器的“墳場”。蘇聯在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年代以後,成功率才達到三分之二左右。
其中,2011年11月中國研製的首個火星探測器“螢火一號”同俄羅斯“福布斯-土壤”號探測器搭乘俄運載火箭發射升空。然而由於俄羅斯“福布斯-土壤”火星探測器出現故障,“螢火一號”未能進入預定軌道,任務宣告失敗。
人類火星探測進行了60年,探測成功率還不足一半,難度可想而知。那近距離觸碰火星到底有多難?
首先是距離遠。
火星與地球的距離在0.5億到4億千米之間變化,即便是光速往返也需要6~40分鐘。地球與火星每隔780天才有一次會合機會,只有在會合前幾個月的時間窗口才適合開展火星探測,而且這意味著單程便需6到11個月的探測週期。茫茫深空中,“失之毫釐,謬以千里”。
其次飛控難度大。
只有推力足夠強勁才能將探測器送入足以擺脫地球引力的軌道,光在這方面,國際上就曾經有11次的失敗案例。這對火箭發動機提出了苛刻要求。想要到達火星,飛船的燃料就要大幅度地增加,可是隨著自身重量的提升,技術人員就需要將飛船的穩定性和牢固性提高不止一個等級。而超遠距離又使得探測器在飛向火星途中難免受到太空某些因素干擾,需要精準控制速度和軌道切入精度,才能確保探測器被微弱的火星引力捕捉。
超遠的距離也使得通訊變得較為困難,地火之間訊號傳輸時延達到22分鐘左右。而標準的火星著陸過程僅7分鐘左右,這意味著全程的降落過程必須依靠探測器自主完成。所以探測器的自主導航制導控制和自我故障檢測修復等功能必須獨立且強大。
然後是著陸難度大。
火星大氣稀薄,密度僅達到地球的1%左右。探測器著陸過程中會產生高達2000攝氏度的熱量,但又不足以讓探測器減速到可實現軟著陸的水平。因此,探測器既需要隔熱罩隔絕熱量,還需要反推發動機進行減速,實現懸停、避障、降落。這幾乎集齊了人類現有的各種降落技術,整體設計難度陡增。稍微控制不好,就容易墜毀。像美國發射的好奇號火星車僅在降落火星的過程中就自主完成了超過 1000 個動作才實現安全著陸。
最後是環境惡劣。
由於長期風化,火星上沙塵非常細密,易形成沙塵暴。一旦發生,可能需要幾周甚至幾個月的時間才能停止。火星沙塵暴速度高達到每秒180多米,而地球上頂級的12級颱風也不過每秒32.6米,超過地球表面5倍。巨大的、遮天蔽日的沙塵暴不但容易損傷探測器,還會切斷太陽能來源,導致探測器宕機。例如1971年12月2日,火星3號成功在火星實現軟著陸十幾秒後,沙塵暴便摧毀了它的通訊系統,從此與地球失去聯絡。
火星,它擁有太陽系最高的山峰奧林帕斯火山,高度超過2萬米,是珠峰海拔的2.5倍。它擁有太陽系最大最長的峽谷之一水手峽谷,長約4000千米,深達7千米,橫跨大半個火星。更令人興奮的是,它還擁有寬闊蜿蜒的河床,流水曾在此奔騰而去。一塊在地球上偶然發現的火星隕石,更是將人們對於火星生命的幻想推向了高潮。這塊隕石上類似細菌的棒狀結構,極有可能是36億年前火星上的生命遺存。
但是,想要發現火星生命,僅僅在地球上大海撈針撿拾隕石或者遠遠地圍繞著火星拍照,都是不夠的。我們必須拿到最直接的證據。最好的辦法就是登陸火星。
今天,由中國人制造的天問一號探測器在火星著陸,在火星上首次留下中國印記。後續,祝融號火星車正式零距離探索火星。希望天問一號火星探測任務一切順利,點燃中國星際探測的火種,指引人類對浩瀚星空、宇宙未知的接續探索和不斷超越。
火星
火地大小比
火星一號
火星