中國“天問一號”即將飛向火星
今天是第五個“中國航天日”。在上午舉行的2020年“中國航天日”線上啓動儀式上,國家航天局局長張克儉致辭,多個國外航天機構同行發來祝賀視頻或賀信。
中國行星探測任務被命名爲“天問(Tianwen)系列”,首次火星探測任務被命名爲“天問一號”,後續行星任務依次編號。
中國首次火星探測任務將通過一次發射任務,實現對火星的“環繞、着陸、巡視”三個目標,開展火星全球性和綜合性探測,並對火星表面重點地區精細巡視勘查。這是其他國家第一次實施火星探測時未有的,面臨的挑戰也前所未有。

中國火星探測器分爲環繞器與着陸器兩部分,由中國航天科技集團有限公司五院抓總研製。預計在今年7月,探測器由航天科技集團一院抓總研製的長徵五號遙四火箭發射升空。
火箭將探測器發射至地火轉移軌道,隨後在地面測控系統的支持下,通過多次軌道機動和中途修正,在近火點實施制動,進入環火橢圓軌道,運行到選定的進入窗口,探測器將進行降軌控制,釋放着陸巡視器。
着陸巡視器進入火星大氣後,通過氣動外形、降落傘、發動機、多級減速和着陸反衝軟着陸。火星車(即巡視器)和着陸平臺分離後,將開展區域巡視探測和相關的一些工程實踐活動。環繞器將爲火星車提供中繼通信鏈路,並開展環繞科學探測。
中國首次火星探測任務,不僅要實現環繞火星全球遙感探測,還要突破火星進入、下降、着陸、巡視、遠距離測控通信等關鍵技術,使我們真正進入深空,揭開火星的神祕面紗。
中國首次火星探測任務工程探測器系統總設計師、航天科技集團研究員孫澤洲表示,由於遠距離數據傳輸的大時延,要求火星車必須具有很高的自主能力。同時,火星光照強度小,加上火星大氣對陽光的削減作用,火星車能源供給也比月球車更爲困難。這些因素都使得首次火星探測任務更具難度和複雜性。
孫澤洲透露,火星車爲規避火星極端天氣的影響將設置自主休眠和自主喚醒功能,可工作3個火星月,相當於地球上的92天(火星是太陽系中與地球最相似的星球,自轉週期約爲24小時37分鐘)。值得關注的是,我國火星車將設置雷達對火星地下一定深度進行探測。
這次探測任務設定了五大科學目標,主要涉及空間環境、形貌特徵、表層結構等研究。爲此,探測器搭載了13種有效載荷,其中環繞器7種、火星車6種。
屆時,火星車上攜帶的6臺科學載荷,可對國際關注的科學問題開展探測,特別是攜帶了大氣環境測試儀,可能獲得老百姓聽得懂且很關注的信息。比如,此時此刻火星上溫度是多少,有沒有風,風力是多少等等。
去年11月14日,中國火星探測任務首次公開亮相。當天,中國國家航天局邀請部分外國駐華使館及國際組織人員,赴河北懷來觀摩着陸器懸停避障試驗。試驗模擬了着陸器在火星環境下懸停、避障、緩速下降的過程,對其設計正確性進行了綜合驗證。
安全着陸是火星探測任務最艱鉅的挑戰之一。這次試驗在亞洲最大的地外天體着陸綜合試驗場進行,模擬了火星重力環境(火星重力加速度約爲地球的1/3)。
今年1月19日,長徵五號遙四火箭大推力氫氧發動機順利完成100秒校準試車,這是該發動機總裝出廠前的最後一項試驗。大推力氫氧發動機在實際飛行任務中工作約500秒。研製團隊還抽檢了同一批次的其他發動機,對其進行500秒以上的長時間試車。
今年3月10日,火星探測任務的無線聯試在北京航天飛行控制中心圓滿完成,充分驗證了探測器與地面系統的接口匹配性和一致性,對各類方案、技術狀態、軟硬件系統進行了全面測試。
2020年是火星探測活動的窗口期。火星離地球非常遙遠,是月球與地球距離的數百倍,目前最先進的探測器從地球飛到火星,大約需要七八個月。
因爲地球和火星都在圍繞太陽運轉,兩者的相對位置不斷變化。當它們距離最近時,即太陽、地球和火星同處一條直線上,此時發射探測器更加“經濟”。地球與火星的這個會合週期是26個月,即每26個月出現一次“寶貴”的火星探測發射窗口期。
今年7月將飛向火星的除了中國“天問一號”,還有美國的“毅力號”火星車,阿聯酋的“希望”火星探測器(由日本H-2A火箭發射)。原本全球四大探火任務,如今還有三個仍然堅挺。歐洲與俄羅斯合作的ExoMars火星漫遊車已宣佈推遲到2022年發射。
阿聯酋“希望”探測器
人類奔向月球、火星或者小行星需要具備的核心能力包括:進入空間和返回地球的能力,比如重型火箭、載人飛船等。同時,還應包括高效的軌道轉移能力、高效的推進飛行器。還需要在其他星球下降、着陸及上升的能力和在太空生存、活動及作業的能力,甚至包括在其他星球的長期生存能力。
對火星的探測幾乎貫穿了整個人類航天史。1960年10月10日蘇聯發射“火星1960A”探測器,人類開始第一次火星探測任務,迄今爲止,人類在技術上已成功實現了掠飛、環繞、着陸、巡視探測等。
如今,火星已成爲主要航天國家的探測熱點和空間技術戰略制高點,能否成功地對火星進行科學探測,已成爲衡量一個國家航天科技實力的重要標誌。



