在嫦娥探月工程不斷取得成功之際，越來越多的中國(guó)航天人和愛好者將目光投向火星。2013年印度火星探測(cè)器發(fā)射后，熱心的中國(guó)航天愛好者更是望穿秋水，期待著中國(guó)的火星探測(cè)器。2016年4月22日，國(guó)防科工局局長(zhǎng)許達(dá)哲在就中國(guó)首個(gè)航天日舉行的發(fā)布會(huì)上，宣布了火星探測(cè)任務(wù)正式立項(xiàng)的消息。按照計(jì)劃，中國(guó)火星探測(cè)器使用“繞落巡”一體的設(shè)計(jì)，將在2020年7月發(fā)射，并于2021年抵達(dá)火星。那么，中國(guó)火星探測(cè)技術(shù)是如何一步步發(fā)展至今的呢？

　　中國(guó)月球探測(cè)工程已經(jīng)發(fā)射了嫦娥一號(hào)、嫦娥二號(hào)、嫦娥三號(hào)和嫦娥五號(hào)T1，總計(jì)4顆探測(cè)器，未來還將發(fā)射嫦娥五號(hào)取樣返回探測(cè)器、月球背面著陸的嫦娥四號(hào)和地月L2軌道的中繼星，不僅過去的成就舉世矚目，更有未來的錦繡前程。相比之下，中國(guó)火星探測(cè)工程2016年才正式立項(xiàng)，未來也會(huì)有很大的不確定性。兩個(gè)工程看起來是兩個(gè)階段的事情，很少有人留意到，中國(guó)的火星探測(cè)和月球探測(cè)幾乎是同時(shí)起步的。?

　　探月工程正式啟動(dòng)于2004年，嫦娥一號(hào)發(fā)射升空則是2007年10月24日。而早在2005年11月，中俄兩國(guó)總理定期會(huì)晤中，就考慮制定聯(lián)合雙邊太空探索計(jì)劃，到2007年3月26日，兩國(guó)簽署聯(lián)合探測(cè)火星和火衛(wèi)一的合作協(xié)議。根據(jù)中俄兩國(guó)的協(xié)議，俄羅斯將利用福布斯－土壤探測(cè)器空余的空間和運(yùn)力，為中方搭載一顆火星探測(cè)器，這就是螢火一號(hào)的由來。?

　　螢火一號(hào)火星探測(cè)器是中國(guó)航天少有的國(guó)際合作項(xiàng)目，選擇借船出海而不是自力更生，是因?yàn)槲覀冞€缺乏深空探測(cè)能力。舉例來說，當(dāng)年中國(guó)發(fā)射的距離地球最遠(yuǎn)的衛(wèi)星是雙星計(jì)劃中的探測(cè)一號(hào)，由于火箭入軌控制問題，長(zhǎng)征火箭的導(dǎo)航制導(dǎo)控制系統(tǒng)恐怕暫時(shí)無法滿足需求。?

　　如果說火箭還可能改進(jìn)滿足需求的話，測(cè)控系統(tǒng)不足的問題就更大了。中國(guó)的航天測(cè)控網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)時(shí)只具備對(duì)地球軌道目標(biāo)的測(cè)控能力。為了滿足嫦娥一號(hào)月球探測(cè)器的測(cè)控任務(wù)，需要在喀什和青島站各新建一座18米的統(tǒng)一S波段測(cè)控天線，還借用中科院的大型射電望遠(yuǎn)鏡，通過甚長(zhǎng)基線干涉技術(shù)進(jìn)行測(cè)控，從硬件到經(jīng)驗(yàn)都不支持開展獨(dú)立的火星探測(cè)。?

　　深空探測(cè)作為純科學(xué)性的領(lǐng)域，國(guó)際合作早已成為主流。國(guó)際合作的螢火一號(hào)項(xiàng)目，有助于中國(guó)彌補(bǔ)能力和經(jīng)驗(yàn)的短板，多快好省地開展火星探測(cè)。合作，對(duì)中國(guó)航天是有利和必要的，只可惜后來的發(fā)展可謂“計(jì)劃趕不上變化”。火星探測(cè)對(duì)中國(guó)航天來說仍然充滿未知，無論是深冷溫度環(huán)境的控制還是超低剩磁的控制，或是超遠(yuǎn)距離的測(cè)控和通信，都是不小的挑戰(zhàn)。但上海航天八院研制螢火一號(hào)探測(cè)器陸續(xù)解決了這些技術(shù)難題，用23個(gè)月就完成了一般需要5年才能完成的研制任務(wù)。?

　　遺憾的是我們的運(yùn)氣實(shí)在太差。由于俄羅斯方面研制進(jìn)度滯后，福布斯－土壤探測(cè)器無法如期在2009年10月發(fā)射，發(fā)射日期只能推遲到大約26個(gè)月之后的下一次發(fā)射窗口。更糟糕的是，2011年11月9日福布斯－土壤探測(cè)器發(fā)射后，主發(fā)動(dòng)機(jī)沒能進(jìn)行啟動(dòng)點(diǎn)火最后墜落太平洋，讓螢火一號(hào)探測(cè)器也跟著出師未捷身先死。?

　　螢火一號(hào)的失敗，無疑給了中國(guó)火星探測(cè)當(dāng)頭一棒。在嫦娥一號(hào)探測(cè)器的成功和中國(guó)航天技術(shù)全方位進(jìn)步的鼓舞下，2009年嫦娥一號(hào)總師葉培建等人曾雄心勃勃地表示，中國(guó)應(yīng)該獨(dú)立進(jìn)行火星探測(cè)。他還表示，獨(dú)立火星探測(cè)的投資將少于嫦娥一號(hào)。如果螢火一號(hào)項(xiàng)目成功的話，后續(xù)獨(dú)立火星探測(cè)項(xiàng)目的成功立項(xiàng)是很有把握的。?

　　螢火一號(hào)之后獨(dú)立的火星探測(cè)方案不斷出爐，其中，既有上海航天八院的螢火一號(hào)改進(jìn)型方案，也有北京航天五院的嫦娥探測(cè)器改進(jìn)方案。上海八院的方案中，火星探測(cè)器以螢火一號(hào)為主體，增加了推進(jìn)巡航段，使探測(cè)器具備了獨(dú)立飛向火星和進(jìn)行制動(dòng)進(jìn)入火星軌道的能力，還增加了兩個(gè)30－50千克的火星穿透撞擊器，用于研究火星地質(zhì)構(gòu)造。?

　　北京五院的方案更為大膽，他們以嫦娥一號(hào)平臺(tái)為基礎(chǔ)，更換用于火星探測(cè)的載荷，并增加了一個(gè)約50千克小型試驗(yàn)著陸器，將使用氣動(dòng)剎車輔助減速進(jìn)行火星軌道，驗(yàn)證火星環(huán)繞探測(cè)和火星大氣進(jìn)入、下降和著陸的技術(shù)，總體水平類似歐洲的火星快車。北京航天五院的論文中甚至初步選定了火星著陸的區(qū)域，并歡迎其他國(guó)家在中國(guó)火星探測(cè)器上開展合作。?

　　北京和上海的方案并沒有停留在紙面上，且不說上海成熟的螢火一號(hào)，北京五院也進(jìn)行了大量的研究，突破了火星測(cè)控通信的輕型應(yīng)答機(jī)和輕質(zhì)量天線，以及深空導(dǎo)航制導(dǎo)技術(shù)，還進(jìn)行了火星著陸技術(shù)的研究，實(shí)際開展了軟著陸氣囊原理樣機(jī)的空投演示試驗(yàn)。?

　　根據(jù)航天部門的想法，早則2013年遲至2018年，發(fā)射火星探測(cè)器都是毫無問題的。火星探測(cè)不僅僅是個(gè)探測(cè)器，中國(guó)航天的運(yùn)載火箭和測(cè)控網(wǎng)絡(luò)都有了巨大的提高，探月工程中長(zhǎng)征三號(hào)火箭不斷改進(jìn)提高制導(dǎo)精度，而喀什站35米、佳木斯站64米專用深空測(cè)控天線的建成，也讓中國(guó)的深空測(cè)控能力有了飛躍性的進(jìn)步。?

　　遺憾的是，福布斯－土壤探測(cè)器兩年的拖延和2011年的失敗，無情地粉碎了這一切，讓中國(guó)火星探測(cè)計(jì)劃被打入冷宮。中國(guó)科學(xué)家并沒有放棄獨(dú)立開展火星探測(cè)的希望，2011年后仍然不斷提出火星探測(cè)的倡議，但始終沒有得到國(guó)家批準(zhǔn)立項(xiàng)，只能眼睜睜地看著印度的曼加里安號(hào)火星探測(cè)器在2013年發(fā)射成功，并于2014年成功入軌。?

　　或許是由于印度的成功，2013年中國(guó)航天火星探測(cè)的構(gòu)想也有了較大的變化，從軌道器為主，外加撞擊器或是試驗(yàn)性著陸器，一路升級(jí)為軌道器、著陸器和巡視器三位一體的概念，預(yù)定發(fā)射時(shí)間為2018年。北京五院和上海八院先后提出各自的方案，其中五院的方案較為高大上，配備了較大的火星車，需要長(zhǎng)征五號(hào)火箭發(fā)射。而八院的方案著陸器和火星車都較小，甚至可以使用現(xiàn)有的長(zhǎng)征三號(hào)乙火箭發(fā)射。?

　　盡管從技術(shù)上來說，火星探測(cè)對(duì)中國(guó)人已經(jīng)不再遙遠(yuǎn)，但國(guó)家始終沒有正式立項(xiàng)，火星探測(cè)26個(gè)月一個(gè)窗口的限制，意味著錯(cuò)過一次就要再等兩年多，于是計(jì)劃中2018年發(fā)射的火星探測(cè)“繞落巡”探測(cè)器，也只能推遲到2020年了。?

　　2016年1月11日，中國(guó)自主火星探測(cè)項(xiàng)目終于正式立項(xiàng)。根據(jù)目前公布的消息，中國(guó)的首個(gè)火星探測(cè)器將是一個(gè)空前復(fù)雜的環(huán)繞、著陸和巡視結(jié)合的項(xiàng)目。?

　　根據(jù)報(bào)道，中國(guó)的火星探測(cè)器將在2020年7月使用長(zhǎng)征五號(hào)大型運(yùn)載火箭發(fā)射，軌道器攜帶著陸器經(jīng)過地火軌道轉(zhuǎn)移到達(dá)近火點(diǎn)附近，進(jìn)行減速制動(dòng)，進(jìn)入環(huán)繞火星的大橢圓軌道。隨后軌道器根據(jù)火星大氣的具體情況，釋放著陸器進(jìn)行火星軟著陸，著陸成功后火星車將在火星表面進(jìn)行巡視探測(cè)，并通過軌道器的通信中繼與地面控制站保持聯(lián)系。?

　　火星距離地球最近也有5500萬千米，最遠(yuǎn)可達(dá)約4億千米，這給火星探測(cè)活動(dòng)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。?

　　火星遙遠(yuǎn)的距離，不僅提高了火星探測(cè)任務(wù)測(cè)控的難度，通信延時(shí)的問題也相當(dāng)突出。地球火星距離最遠(yuǎn)4億千米，單程信號(hào)延遲23分鐘。如果說月球探測(cè)中地面還能較為靈活地控制探測(cè)器的話，那么對(duì)于火星探測(cè)而言，就必須要求探測(cè)器具備自主管理和自主導(dǎo)航的能力。?

　　中國(guó)的火星探測(cè)器還要進(jìn)行著陸和巡視探測(cè)，更提高了探測(cè)器自主執(zhí)行任務(wù)的難度?；鹦谴髿膺M(jìn)入、下降和著陸的過程中，地面不可能對(duì)著陸器遇到的意外做出反應(yīng)，而火星車工作時(shí)，更是有可能面對(duì)長(zhǎng)達(dá)46分鐘的通訊延時(shí)。幸運(yùn)的是，嫦娥三號(hào)和玉兔號(hào)月球車在自主著陸和巡視上，已經(jīng)作出了一定的探索，減輕了火星探測(cè)器的研制壓力。那么，在火星探測(cè)之路上，還有哪些新的問題要面對(duì)呢？中國(guó)火星探測(cè)的未來又如何發(fā)展呢？歡迎您繼續(xù)關(guān)注后續(xù)精彩內(nèi)容。?

　　好的，今天的非常科學(xué)到這里就要告一段落了。如果您想要了解更多的科普信息，可以搜索微信公眾號(hào)“feichangkexue”來關(guān)注我們，或者通過新浪官方微博“經(jīng)濟(jì)之聲非?？茖W(xué)”與我們節(jié)目組進(jìn)行互動(dòng)。主持人亞楠代表編輯制作感謝大家的收聽，并誠(chéng)邀您明天同一時(shí)間繼續(xù)與我們相約《非常科學(xué)》。?



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