每经记者 刘春山 张虹蕾 每经编辑 郑直 王嘉琦
2000多年前，屈原写下长诗《天问》，向苍天发出一百七十多个问题。
2000多年后的2020年7月23日，“天问一号”火星探测器搭乘长征五号遥四运载火箭升空，开启了我国首次自主火星探测任务。《每日经济新闻(博客,微博)》记者有幸在现场见证了中国航天探索的这一历史性时刻。
中国为何要探测火星？火星探测的难点在哪里？“天问一号”将执行哪些任务？《每日经济新闻》记者展开了调查分析。
“天问一号”顺利升空
7月23日的海南文昌，天朗气清，到处绿意盎然，与往日并没有太大的不同。但因为天问一号探测器的发射，海南文昌吸引了全世界的目光。
由于火箭发射的原因，当地政府进行了部分路段的交通管制，《每日经济新闻》记者早晨八点就驱车前往发射观测地。早上9点多，在30多度的高温下，附近观赏发射的沙滩上已经聚焦了大批人群。这其中有大批的航天爱好者，更有大批的学生群体，想要一睹天问一号火箭的真容。
因为大批航天爱好者的到来，发射场周边酒店的房价都涨价许多。一位来自广西的航天爱好者告诉记者，他7月20日就来到了文昌，附近的酒店都满房了，不得不住在了市区，今天早早地来到了发射场对岸的沙滩。
之前的7月17日上午，长征五号遥四运载火箭垂直转运至发射区。23日凌晨开始，天问一号开始加注燃料，9时许回转平台打开。经过耐心的等待，在23日上午12点40分左右，天问一号探测器在海南岛东北海岸中国文昌航天发射场，由长征五号遥四运载火箭发射升空，开启了我国首次自主火星探测任务！
记者了解到，中国首次火星探测任务于2016年1月获批立项，任务目标是通过一次发射，实现火星环绕、着陆和巡视探测，获取火星探测科学数据，迈出我国行星探测的第一步。2016年4月，我国火星探测任务正式立项，宣布将在2020年前后发射火星探测器。
这并非我国第一次尝试探索火星。
九天微星轨道工程师吴霞对《每日经济新闻》记者表示，我国曾在2011年尝试向火星发射探测器“萤火一号”，搭载在俄罗斯的“福布斯-土壤号”火星探测器上一起发射。2011年11月9日，在哈萨克斯坦拜科努尔发射场，俄罗斯“天顶号”运载火箭将“萤火一号”和“福布斯-土壤”号一同发射升空。但在进入太空后，探测器变轨失败，并未飞离地球进入地火转移轨道。
吴霞对记者表示，2011年俄罗斯发射的探测器并非直接进入地火转移轨道，而是计划在地球轨道完成几次变轨，通过多次加速后再逃离地球奔向火星。而此次“天问一号”搭载的长征五号遥四运载火箭，可以一次将五吨多的探测器直接送入地火转移轨道。
经过将近10年的探索，中国航天积累了探月工程等经验，在深空探测技术上有了一定技术积累，此次发射将自主进行绕、落、巡，意味着在深空探测方面实现了大幅进步。
值得一提的是，在此次探索火星之前，国内也进行了探月工程等尝试。吴霞分析称，相比探月，火星的距离更远，环境也更为复杂，对通信能力、测控技术等都是巨大的考验。
约7个月后飞抵火星
公开资料显示，考虑到风险、成本等因素，地球航天器到火星的路线为1925年提出的“霍曼轨道”。该轨道每26个月才能出现一次，且最近“霍曼轨道”形成时间为2020年夏。
人类对地球的“姊妹星”火星的探测始于上世纪60年代，前苏联和美国率先展开，后期日本、欧空局、印度相继加入这一行列。几十年来，火星探测成功率仅为一半左右。前苏联在1960~1988年间进行了近20次探测任务，但没有一次取得完全成功。在20世纪90年代以后，成功率才达到三分之二左右。
那么，火星探测究竟难在何处？国际宇航联空间运输委员会副主席、中国航天科工集团二院研究员杨宇光对《每日经济新闻》记者表示，火星探测对于时间和距离的要求均十分严格。对探测器的深空通信、自主导航制导控制、自我故障检测修复等功能有严格的要求。
以发射时间窗口为例，每26个月才有一个较好的发射机会，再等待可能又要两年多，因而多个国家将在2020年发射火星探测器。
杨宇光认为，火星探测是一个综合性的宏观工程，和一个国家整体的航天技术发展水平、产业规模，特定技术领域先进性密切相关。中国航天在这方面具备两种先导的经验，首先是卫星和飞船从地球轨道上重返大气层，其次是嫦娥三号和嫦娥四号在月面上的自主降落。理论上，把这两样技术结合在一起，对于火星探测器在火星实现安全着陆有参考意义。
近年来，国内探月工程成功完成脱离地球的探测过程，这为深空探测技术积累了很多宝贵经验。不过，杨宇光指出，相比月球探测，火星探测的挑战更为严峻。月球与地球距离约为36万~40万公里，而火星距离地球5600万~4亿公里，地火最远距离约为地月距离的1000倍。此次“天问一号”发射成功，将给未来开展更加艰难复杂的任务奠定良好的基础。
不过，探测器发射成功仅仅是走出了第一步。此后，“天问一号”大约还需要经过7个月的时间飞抵火星。吴霞对《每日经济新闻》记者表示，在飞往火星的过程中，保证探测器与地面的通信并适时进行轨道修正，是“天问一号”能否进入环火轨道的重要一步。“天问一号”进入环火轨道后的主要任务包括：一次性实现火星环绕、着陆和巡视探测“三步走”；开展火星全球性和综合性探测；并对火星表面重点地区精细巡视勘查等。“天问一号”探测器“三步走”中的每一步，都是对我国深空探测技术的一个巨大挑战。
国家航天局公布的信息显示，我国首次火星探测任务的探测器由着陆巡视器（进入舱和火星车）与环绕器组成。火星环绕器携带7台仪器，火星车携带6台仪器，此次任务的科学目标是实现对火星的表面形貌、土壤特性、物质成分、水冰、大气、电离层、磁场等进行科学探测，进而有利于建立起对火星全面而基础的认识。如果最终成功，这将是全世界首次在一次任务中完成三个目标。
杨宇光解读称，火星探测器发射成功仅仅是第一步，入轨之后从地球出发，飞行半年多时间才能到达火星附近。在这个过程中，要适时进行技术测量和位置修正，保障到达火星的精度。与此同时，要确保有充足的能源供应。探测器前往火星需要完全摆脱地球引力，这意味着，强大的火箭是探测火星的先决条件。此外，在飞向火星的过程中，要确保各个平台设备、荷载的科学探测设备完好。任何一个细节出现问题，都可能导致整个任务的失败。
此外，火星大气密度低，环境十分复杂，探测器着陆的难度非常大。为了让探测器在火星表面安全着陆，需要建立很多大型的地面实验室，进行反复模拟验证。
国家航天局官网信息显示，为确保我国首次火星探测任务顺利完成，我国天基测控系统团队针对任务要求及特点进行总体设计，完成了天链一号02星及天链二号01星系统任务适应性改造等多项技术状态准备。天链卫星是我国地球同步轨道数据中继卫星，担负着天基测控与数据中继功能，主要为我国在轨航天器提供全球范围内的跟踪与数据中继支持，被称为太空数据“中转站”。我国首次火星探测任务中，这个团队将控制两颗中继卫星接力跟踪目标，提供遥测数据中继传输服务。
民营商业航天值得期待
1996年以来，几乎每个发射窗口都有火星探测器发射。美国宇航局（NASA）的“好奇号”探测器自2012年在火星着陆以来，一直不断传送令人惊叹的火星照片。
2020年，除中国外，美国、阿联酋等国家也明确于今年执行火星探测任务。其中，美国航天局的“毅力”号火星车计划在多次推迟后，最新计划于7月30日发射升空，并带上首架火星直升机“机智”号一同前往火星，寻找可能在火星上存在过的生命迹象，为“人类登陆和探索火星”探路。
不同于美国航天局的“一推再推”，原定于今年探测火星的欧洲航天局和俄罗斯航天局则放弃了此次完美的发射“窗口”，推迟计划至2022年秋季。
那么，为何各个国家都“扎堆”探索火星呢？在杨宇光看来，各个国家积极探测火星，最终目的并非移居火星。由于火星和地球在很多方面有相似性，中国首次自主火星探测不仅在于探究火星生命的存在和演化过程等问题，更可借此了解地球的演化历史并预测地球的未来变化趋势，同时也为人类开辟新的生存空间寻找潜在目标。探测和研究火星，可以更加全面了解太阳系的历史，继而深入全面了解未来地球发展的趋势，进一步推动人类生活的可持续发展。
吴霞表示，在包括火星探测的深空探测技术方面，目前国内仍处于初级阶段，还有很长的一段历程需要追赶。在吴霞看来，太空探索和技术积累是永无止境的。即使是已经发射过多颗深空探测器的美国、俄罗斯等国家，在人类探索宇宙的征途中，也仅仅是迈出了一小步。此前，为模拟火星之旅以及在火星上生活可能出现的各种情况，俄罗斯连同欧洲航天局实施了一个名为“火星500”（Mars500）的计划，招募6名志愿者，于莫斯科一个密封空间生活520天，让科学家观察他们遇上各种紧急事件的一举一动。未来，人类是否能够移民火星，有很多值得想象的空间。
除此之外，即使火星探测难度非常之大，在民营航天领域，热度也居高不下。SpaceX的马斯克是火星的“狂热粉丝”，更是希望在有生之年移民火星。因此，前往火星一直是 SpaceX的首要任务。此前将宇航员送入太空，只是帮助人类完成了踏入太空目标的基础，而星舰飞船才是实现人类星际旅行梦想的重要一环。
那么，未来，民营商业航天企业是否有可能参与到相关产业链中？对此，吴霞认为，从目前国内商业航天的实力看，开展深空探测还有很长的一段距离要走。但随着国家航天技术的不断发展成熟，也为民营商业航天的发展积蓄了更多力量。随着航天技术的积累，商业环境的变化，未来民营商业航天企业参与到深空探测赛道值得期待。
（责任编辑：张洋 HN080）
