中国首次火星探测任务 天问一号如何“问天”？

2020年7-8月是火星探测的重要“窗口期”，全球迎来“探火季”。继7月20日阿联酋“希望号”探测器顺利升空后，中国首次火星探测任务天问一号将于7月下旬到8月上旬择机实施，迈出中国行星探测第一步。

中国、美国、阿联酋三国近期为何“扎堆”实施火星探测?各国的探测器又有何不同?记者采访相关专家，一探究竟。

长征五号火箭垂直转运至发射区，近期择机实施中国首次火星探测(行星探测工程“天问一号”任务)。张高翔 摄

为何要探火？

火星探测为何有如此大魅力，吸引世界各国前赴后继地实施探测任务?

图为2008年7月31日发布的“凤凰号”火星探测器在火星拍摄的全景照片。图片来源：视觉中国

这得从火星和地球的渊源说起。火星是太阳系中与地球最为相似的行星，探测火星、了解火星，有助于人类进一步认识地球和太阳系的形成和演化，预测地球的未来变化趋势。此外，探测火星生命的起源和演化，可促进对地球生命乃至太阳系起源和演化的研究，有助于人类了解自身在宇宙中的地位和最终命运。

“大量迹象表明，火星以前很可能与现在的地球一样，只是经过几十亿年的演化才变成如今大气层稀薄、温度较低的样子。”中国空间技术研究院研究员庞之浩向中新社记者表示，探测火星对研究地球演变，防止地球演变成人类难以生存的第2个火星具有促进作用。

2015年9月28日，在美国首都华盛顿，这张由美国航天局和亚利桑那大学联合发布的图片显示，火星山丘上的“季节性斜坡纹线”是火星表面有液态水的有力证据。

庞之浩称，从长远看，地球有一天可能因为遭受地外星球的撞击等原因而变得不适合生存。有科学家认为，由于火星与地球最为相似，可先把火星改造成适合人类居住的第2个家园，然后向火星移民。“为此，现在就必须全面而深入地了解火星，为载人登火、改造火星、建造火星基地奠定基础。”而这也是世界各国对火星探测“乐此不疲”的重要原因。

成功率约五成

纵观世界航天史，人类似乎对火星“情有独钟”。世界各国的火星探测活动要追溯到20世纪60年代。

据中国国家航天局探月与航天工程中心深空探测总体部部长耿言介绍，人类的探火史可大致分为三个发展阶段。1960—1970年为第一阶段，彼时国际深空探测尚处研究初期，相关国家主要以火星飞越探测、传送火星图片与探测大气参数为主，但探测任务成功率并不高。1970—1990年为第二阶段，美苏重新展开火星探测活动，以轨道环绕与着陆探测为主。而20世纪90年代至今则是第三阶段，火星探测重新成为深空探测的热点。以美国为首的多个国家地区分别开展火星探测活动，探测方式主要为着陆探测，主要目标是寻找火星水存在的证据和生命迹象。

美国研究人员公布火星震动数据，称“洞察号”着陆器已经检测到火星数百次震动，认为这颗红色星球十分“活跃”，是一颗"活“星体。

1960年10月，苏联向火星先后发射了两个探测器“火星1A”号和“火星1B”号，但均以失败告终。直到1964年10月，美国“水手4号”探测器才向地球传回人类史上第一张有关火星表面的近距离图像，开启了火星探测的新篇章。

截至今年6月份，世界各国共实施40余次探火活动。其中成功和部分成功的任务仅有24次，成功率约五成;能够着陆火星并成功开展探测任务的仅为个位数。

尽管人类对火星向往已久，但火星探测并非易事。火星被称为是人类探测器的“坟场”。迄今为止，成功登陆火星的探测器有8个：海盗一号、海盗二号，探路者、机遇号、勇气号、凤凰号、好奇号、洞察号，均为美国研制。

2003年欧洲航天局(ESA)发射“火星快车号”卫星和“小猎犬2号”登陆器，这是该机构发射的第一火星探测器。

截至目前，仍在工作的火星探测轨道器有6个、着陆巡视器2个。其中，轨道器包括美国的“火星奥德赛”“火星勘测轨道器”“火星大气与挥发物演变”，欧洲的“火星快车”“微量气体轨道器”和印度的“曼加里安”。而还在工作的着陆巡视器，只有美国的“好奇号”火星车和“洞察号”火星着陆器。

三国同期探火

结合地球、火星的公转周期，大约每隔26个月就会出现一个“火星冲日”的窗口期。今年7—8月的窗口期是发射火星探测器的有利时机，在这一时间段实施火星探测，可节约探测器燃料，省时省力。

一旦错过窗口期，下次火星探测的好时机只能等到2022年。欧洲原本打算今年加入到火星探测的队列，但因疫情及其他技术因素影响，欧空局与俄罗斯航天局合作研发的火星探测器不得不推迟到2年后发射。因此，今年火星探测仅剩下中国、美国和阿联酋3个国家。

根据技术发展过程和任务目标需求，人类目前探测火星的任务主要分为4种：仅惊鸿一瞥的飞掠任务、可全面普查的环绕任务、能区域详查的着陆任务、可自由移动的巡视任务。未来人类还将实施第5种任务：采样返回。

今年实施探火的三个国家，其火星探测任务各不相同。这其中，阿联酋的“希望号”火星探测器仅实施环绕任务，美国“毅力号”火星车计划完成着陆、巡视两大任务，而中国的天问一号任务将一次性完成环绕、着陆、巡视三大目标。

图为“毅力”号火星探测器效果图。

7月20日，阿联酋的“希望号”火星探测器在日本种子岛太空中心发射。如果任务实施成功，“希望号”将成为世界第一颗火星气象卫星，可用于全面探测火星大气，研究火星气候变化、低空天气变化、沙尘暴预报等。

美国“毅力号”火星车将取代逐渐衰老的“好奇号”火星车，继续探索火星的环境和生命迹象。庞之浩表示，“毅力号”火星车最大亮点是，该火星车将收集30块火星内部岩石和土壤的样本，然后放置在火星表面上，未来将发射探测器把样本带回地球。

目前美国计划在2026年与欧盟合作执行发射任务，在2031年将岩石样本带回地球，但这套设想还未正式推进。如果进展顺利，这些岩石有望成为人类从火 星获得的第一批样本，科学家可以用它们分析火星上是否存在(过)生命。此前，“好奇号”火星车已经找到了对于生命至关重要的水分痕迹。

张高翔 摄 中国国家航天局新闻宣传中心供图

备受国人关注的中国首次火星探测任务天问一号，计划于7月下旬到8月上旬择机实施。天问一号任务将通过一次发射，实现火星环绕、着陆和巡视三项任务，既可以用环绕器对火星开展全球性、综合性的环绕探测，也能用巡视器对有科研价值的局部地区开展高精度、高分辨率的详细调查。

天问一号将启

与美国、俄罗斯等国家相比，中国在火星探测上尚属“新手”。在人类探火历程中，目前只有美国“海盗一号”、“海盗二号”通过一次发射实现火星环绕、着陆 两项任务。此前欧洲曾两次试图通过一次发射实现环绕、着陆火星两项任务，但两次着陆都以失败告终，只完成了环绕探测。

张高翔 摄 中国国家航天局新闻宣传中心供图

庞之浩认为，中国“天问一号”任务采用“一举三得”的探火方式，起点高，效益高，但挑战大。如果成功，它将使中国深空探测能力和水平实现跨越式发展。

耿言表示，中国火星探测器搭载了13种有效载荷，其中环绕器上7种、着陆巡视器上6种。首次火星探测任务设定了五大科学目标，主要涉及空间环境、形貌特征、表层结构等研究。

“从科学上讲，这是对火星形态、地质学、矿物学、空间环境、土壤和水冰分布等进行研究的全面任务，深化中国人对火星乃至太阳系的科学认知，推进比较行星学等重大问题研究。”庞之浩说。

再过不久，中国将在文昌航天发射场用长征五号遥四火箭将天问一号探测器送入太空，属于中国人自己的“行星探测时代”即将到来。

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