【火星探测】天问一号发射升空 中国首次火星探测任务目标宏大

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北京时间7月23日12时41分,中国首次火星探测任务“天问一号”探测器在海南文昌航天发射场,由长征五号遥四运载火箭发射升空,迈出中国行星探测第一步,此次发射任务也成为中国航天走向深空的重要里程碑。

按照计划,“天问一号”火星探测器将于2021年2月11日至24日环绕火星运行,并于2021年4月23日降落一台火星车到火星表面,一次性完成“绕”、“落”、“巡”三大目标,进行时长90天的火星探索工作。

中国人与火星的距离从未如此之近

月球和地球的平均距离为38万公里,而火星距离地球在5,000余万到4亿公里左右,当地球与火星处于最大距离时,即便是光速通信也会有44分钟的延时。结合地球、火星的公转周期,约每隔26个月会出现一次“火星冲日”的窗口期同,届时太阳、地球、火星位于一条直线上,地球与火星的距离在冲日期间会达到极近值,通常只有不足1亿公里,而在火星发生大冲时,该距离甚至不足6,000万公里。

在这一时间点实施火星探测,探测器飞行的路线最短,最省燃料,而2020年7月到8月的窗口期正是发射火星探测器的有利时机。一旦错过2020年的窗口期,人类下次火星探测的好时机就只能等到2022年。

人类移居外星球是科幻作品最为流行的桥段之一,目前人类已进行了230多次太阳系探测,据已掌握的信息来看,整个太阳系的8大行星、5颗矮行星、165颗卫星当中,若人类想冲出地球,基本只能先从火星和金星两个邻居开始,因为只有这两个星球与地球同处太阳系内的宜居带内,同属于岩质行星,拥有孕育生命的可能性。

火星表面精彩图片,请点击欣赏:

通过航天探索发现,太阳系内的金星生存环境对人类而言可谓恶劣,其气压是地球的92倍,空气中几乎全是二氧化碳,且布满了稀硫酸云,地表温度常年保持在460摄氏度,比较而言,火星的生存条件则相对“优越”不少,几乎是人类航天探索下一站唯一的选择。亦因于此,火星对于人类,有着特殊的吸引力。

探测火星还有助于人类更深层次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,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。

从文献记载来看,人类从1600年代已开始使用望远镜对火星进行观测,使用空间探测器进行火星探测的历史几乎贯穿整个人类航天史。到目前为止,已有超过30枚探测器到达过火星,对火星进行了考察,向地球传回了大量数据。

但全球火星探测成功率仅约为40%,约三分之二的探测器,尤其是早期发射的探测器,几乎都未能成功完成使命,火星亦因此有了“航天器坟场”之称。

全球火星探测风起云涌

放眼全球,目前仅有美国、苏联、欧洲航天局和印度成功将航天器送入过火星轨道。从早前公布的消息来看,世界范围内有4个火星专案计划正在开发和制造的最后阶段,拟在2020年发射前往火星。这其中包括欧洲空间局和俄罗斯的ExoMarsRosalind Franklin rover、美国国家航空航天局的火星2020探测车任务、中国的天问一号发射任务、阿拉伯联合酋长国的Hope Mars Mission。

因疫情及其他技术因素影响,欧洲空间局与俄罗斯航天局合作研发的火星探测器已宣布将推迟到2年后发射,这也使得2020年的火星探测只有中国、美国和阿联酋3个国家的项目。

虽然都是火星探测,但是三国的火星探测任务并不相同。

阿联酋的“希望号”火星探测器已于7月20日在日本种子岛太空中心发射升空,计划仅实施环绕任务。若任务实施成功,“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。

在先前的火星探测任务中,美国“好奇号”火星车已在火星找到了对于生命至关重要的水分痕迹,2020年新的“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,计划完成着陆、巡视两大任务。

业界人士表示,“毅力号”火星车最大亮点是将收集30块火星内部岩石和土壤的样本放置在火星表面上,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。若进展顺利,这些岩石有望成为人类从火星获得的首批样本,科学家通过这些样本可以分析火星上是否存在(过)生命。

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:对整个火星进行全球性综合探测;降落在火星;将火星车开出来,对火星表面重点地区精细巡视勘查。

在人类探索火星的历程中,目前只有美国“海盗一号”、“海盗二号”通过一次发射实现过火星环绕、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、着陆两项任务,但两次着陆都以失败告终,仅完成环绕探测。如果一切顺利实现,这将是全世界首次在一次任务当中完成这三个目标,也意味着中国将创造人类火星探测史的新高度。

探索外太空是一场具有高度战略意义的竞争,全球已有多个国家出炉了太空战略规划,各国也在竞相开展火星探测活动,但显然,各国在追求的并不仅仅是将探测器发射到火星。

未来已来,科研的目的从来不仅仅是只为了当下。科学家表示,未来20年左右,可能看到人类首次登陆火星;未来100年,人类可能会在火星上建设一个中等规模的火星城市;未来1,000年,人类有可能会把火星改造成适宜人居住的星球。

对中国来说,其面向太空的志向已很明显。作为太空竞赛的后来者,中国出发时间晚了数十年,但现在,中国于1970年发射了第一颗卫星“东方红一号”;2003年实现了第一次载人航天飞行,已是全球第三个实现载人航天的国家。

若一切顺利,天问一号将在中共建党一百周年(2021年)之前降落在火星,一次性完成“绕”、“落”、“巡”三大目标,对中共来说,这无疑将会是一份很体面的“生日礼物”。

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