一程路 两颗星 四亿公里 中华民族走了五千年

天问 问天

2020年7月23日，天问一号在文昌航天发射场由长征五号遥四运载火箭发射升空，成功进入预定轨道。

2021年2月，天问一号到达火星附近，实施火星捕获。

2021年5月，天问一号择机实施降轨，着陆巡视器与环绕器分离。

2021年5月15日，天问一号探测器在火星乌托邦平原南部成功着陆，标志着我国迈出了星际探测征程的重要一步，实现了从地月系到行星际的跨越，在火星上首次留下中国人的印迹。

2021年6月11日，中国国家航天局公布了由天问一号任务火星车“祝融号”拍摄的着陆点全景、火星地形地貌、“中国印迹”和“着巡合影”等影像图，标志着中国首次火星探测任务取得圆满成功。

2022年5月12日，《科学进展》发表了“祝融号”新成果：中国科学院国家空间科学中心研究团队在地质年代较为年轻的着陆区，发现了一种岩化的板状硬壳层，其富含含水硫酸盐等矿物，形成过程可能与地下水波动有关。这一发现表明，“祝融号”着陆区以及火星北部平原的广泛区域可能含有大量以含水矿物形式存在的可利用水。

截至2022年5月15日，“天问一号”在火星表面工作365个火星日，获得了大量宝贵的科学探测数据。

●为什么是火星？

在太阳系大家庭中，火星最突出的特点，要数它的外观。由于表面上布满了氧化铁，火星看上去是鲜亮的橘红色，比其他行星具有更强烈的视觉冲击力。对于古代的天文学家和占星家来说，火星这颗红色的星星是没有办法忽略的，因此在西方文化中，火星被称为Mars，这是古罗马神话中战神的名字。

在中国传统天文中，火星则被称为“荧惑”，“荧”字形容的就是火星如火的外观，简称就是“火”，这也是当代天文中它被称为“火星”的原因。至于“惑”字，则和火星令人捉摸不定的走向有关系。

由于火星的自转轴倾角、自转周期都和地球相当，公转周期却是地球的两倍，在相同中又蕴藏着剧烈的变化，因此从地球的角度观察，火星的运动轨迹十分诡异，亮度也是时明时暗，在只能借助肉眼观测的古代，火星的行踪可以说是很神秘了。

种种特质，让火星成为了自古以来天文观察中都不可或缺的对象，与金星一起占据了行星类观察的C位。1995年，美国哈勃太空望远镜拍摄到第一张最清晰的火星全景照。科学家评价说：“从这张照片上看，我们的红色星球邻居从来不知疲倦。它身边的大气总在变幻。这颗美丽的星球像陀螺一样飞速旋转。”

●我们为什么要去火星？

自20世纪60年代以来，人类已经进行了四十多次火星探测任务。我们为什么要去火星？答案有很多——

宇宙这么大，只有地球上有生命岂不孤单？既然地球能孕育出万千生命，说明其他天体也有孕育生命的可能性。在太阳系八大行星中，有四个类地行星：水星、地球、火星、金星，它们的主要成分都是硅酸盐，有固体表面。而木星、土星、天王星、海王星其他四大行星，主要成分是气体，是否有固体表面现在还不确定。

火星是人类可以探索的距离地球较近的行星之一，人类如果想要冲出地月系统到达下一个行星，理论上应从火星和金星两个邻居开始。它们和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。然而，人类经过航天探索发现，金星环境恶劣：气压是地球的92倍，空气中几乎全是二氧化碳，并且布满了稀硫酸云。地表温度常年保持在460摄氏度。相较而言，火星是最“像”地球的那一个，环境与地球最为相似。火星的自转周期为24小时37分22秒，而且，火星也是倾斜着身子自转，自转轴倾角为25.19度，与地球（约23度）十分接近，火星的昼夜长短及四季变化与地球也几乎一样。火星环境也最为接近地球，表面温度大约在零下133摄氏度到零上27摄氏度之间，在太阳系类地行星中，与地球最为接近；大气密度相当于地球的1%，在太阳系中大气条件最为接近地球；火星的地貌特征与地球也很像，拥有高山、平原和峡谷等多种地形，南方充满陨石撞击的高地和峡谷，北方则多是被熔岩填平的平原。

在太阳系的行星中，火星距离地球近，基于现有航天能力，航天器飞行约7个月可到达火星。而去水星等其他行星，至少需要数年的飞行时间。因此，相比更远的行星，火星探测的任务周期较合适。基于人类现有的空间探测器投送能力，可以实现环绕和着陆，而且探测周期比较合适。

“有人认为，火星是地球的过去，地球过去就是火星的样子。也有人认为，火星是地球的未来，地球在朝着火星的方向演变。”国家航天局探月与航天工程中心深空探测工程总体部部长耿言说。

以上是从纯科学纯技术的角度分析我们为什么要上火星。但是在科学技术之外，我们的理由更充分。

知乎上有个回答，“说什么月球火星是全人类的财富，那其实就是个心理安慰的话，是你家的，你要先上的去才行。与登月一样，火星真正的问题并不在于是否真的移居，是否真的去上面移民种土豆，而是对于一个国家来说，是一种长远战略的考量。”

2021年5月15日天问一号发射成功后，白岩松对话中国首次火星探测任务工程总设计师张荣桥，也问到了这个问题，张荣桥是这么回答的。“就我个人来讲，为什么去火星，那就是提升我们人类的自身能力。这就像一个家庭，还不是很富裕，为什么我们要省吃俭用，拿这个钱去培养孩子呢？家长的目的是什么呢？我想，是不是为了提升未来孩子的能力。从一个家庭来讲是这样，那么从一个国家（层面上）来讲，是否也一样。我们必须通过这些重大的、前瞻性的科学探索活动，通过这样的实践来提升我们的技术，培养我们的人才，提升我们对未知世界的认知。所以，总结成一句话就是，提升我们人类的自身知识。从国家层面来讲，就是要提升我们国家的能力。”

中国绕月探测工程、嫦娥一号卫星系统总指挥兼总设计师叶培建，曾经这样描述月球探测和火星探测的重要性，他说：“宇宙就是个海洋，月亮就是钓鱼岛，火星就是黄岩岛，我们现在能去我们不去，后人要怪我们。别人去了，别人占下来了，你再想去都去不了。这一条理由就够了。”

●艰难的火星之旅

人类对火星的探索几乎是和奔向宇宙同时出现的。1960年代，当美苏两国的火箭技术第一次能让航天器摆脱地球引力的时候，第一批火星探测器就已经奔向了火星。

为了在太空竞赛中获得尽可能大的优势，苏联率先在1960年和1962年分别向火星发射了5颗探测器。但遗憾的是，它们没有一个能完成任务，甚至连到达火星周边的都没有。苏联的火星计划最接近成功的一次是火星1号，可惜探测器在进入深空一年半后由于导航设备故障失联了。

眼见苏联的败绩，美国一度认为自己掌握了后发优势，从1964年开始不断向火星发起冲击，美国的初次尝试——水手3号，因为电池板无法展开而错过了宝贵的观测时机变成了一块太空垃圾。直到美国的第二次尝试、全人类的第7次尝试，水手4号才向地球发来了第一批来自火星的遥感信号。人类这时才第一次得以近距离观察火星上的实际情况，真正进入了火星时代。第一架登陆火星的太空飞行器是海盗1号探测飞船。它于1976年7月20日登陆火星后拍摄的第一张火星照片，首次展现了火星表面沙石遍地的地形。经历了轰轰烈烈的“海盗”号探测器时代，20世纪的80年代、90年代，月球成为太空探索的主角，火星受到了冷落。直到1997年7月4日携带“旅居者”号火星车的美国“火星探路者”号探测器着陆火星，火星才再度成为关注焦点。

但此后的火星探险仍然是失败的多，成功的少。直到今天，人类的火星探测计划的成功率只有50%。美国科学家们甚至编了一个科学笑话，说地-火之间怕不是有一只“深空食尸鬼”，专门吞噬人类向火星发出的探测器？

航天工程本身就是一项高风险的活动，而火星探测更是难上加难。

火星探测难度大，原因之一就是路程远。跟探月相比，月球距离地球只有一光秒多的距离（38万公里），而火星最近的时候，也有5500万公里（最远4亿公里）。

火星这么远，去一趟不容易。为了节省燃料，火星探测要选择窗口期发射。由于地球和火星的公转周期不同，两个行星每26个月“相遇”一次。当地球跟火星“相遇”的时候，太阳、地球、火星基本三点一线，这时地火距离最近，火星亮度达到最大，比织女星还亮十几倍，这种天文现象叫火星冲日。在火星冲日前两三个月，是发射火星探测器的窗口期，最节省燃料。

此外，遥远的距离也意味着地球和火星之间受到的太阳影响无遮无拦，无论是探测器的物理装置还是电磁信号，都容易受到宇宙物质和辐射的干扰。这也是为什么很多探测器即使抵达了指定位置也没办法传回有效的信号。地球上的电磁信号抵达火星需要几十分钟，换言之，就是地面指挥中心完全无法在瞬息万变的降落阶段为探测器提供实质性的指挥帮助，探测器能否平安着陆只能听天由命靠自己。

时过境迁，随着人类航天技术的不断提高，火星探测的成功率也越来越高，如今有能力、有意愿探索火星的国家越来越多，作为这场竞逐的后来者，中国航天事业的起步很晚，起点也不高，还曾有过与俄罗斯合作的“萤火一号”的失败经历。但对于中国航天人来说，所有杀不死他们的挫折，都只会让他们变得更强。在中国航天发展史上，天问一号任务实现了6个“首次”：首次实现地火转移轨道探测器发射，首次实现行星际飞行，首次实现地外行星软着陆，首次实现地外行星表面巡视探测，首次实现4亿公里距离的测控通信，首次获取第一手的火星科学数据。

“天问一号”的特别之处在于，它没有按照常规的探火路径，而是一步到位地实现绕、落、巡三个步骤，是各国火星探索计划中一次性进展最快的一个。在世界航天史上，天问一号不仅在火星上首次留下中国印迹，而且首次实现通过一次任务完成火星环绕、着陆和巡视三大目标，充分展现了中国航天人的智慧，标志着我国在行星探测领域跨入世界先进行列。

●从火星到更深的深空

火星，毕竟是离地球最近的行星之一，探索火星是我们了解宇宙的又一个窗口，也将会是人类探索深空的一个高空跳板。

按照中国行星探测工程的整体规划，到2030年前后，中国将以火星探测为主线，开展小行星探测、火星取样返回和木星系探测等任务。

“目前小行星探测任务已进入初样研制阶段，我们将努力按照既定计划发射实施。”张荣桥说，小行星探测任务除了科学研究的意义之外，也将通过技术的递进式发展，为后续火星取样返回验证相关技术。

“火星取样返回对全世界来说都是一个技术挑战，目前还没有国家做得到。”张荣桥说。

人类已经实现了登月，嫦娥五号在去年完成了月球采样返回的壮举，从火星取样返回为什么这么难？张荣桥直言，从火星取样返回与月球有天壤之别。

难点之一是“逃逸速度”——火星的“个头”比月球大得多，从火星上起飞返回需要更大的逃逸速度，这就要求火箭有更强的动力。

难点之二是“大气”——与月球的真空环境不同，火星表面存在大气，从火星表面起飞就像在地球上发射火箭一样，需要一整套适应火星大气环境的飞行产品及其控制系统。再加上往返火星路途遥远，火星环境恶劣，都增加了取样返回的难度。

“诸多难点最终都集中在一个课题，就是火星表面的起飞。这涉及到燃料低温储存技术、动力技术、控制技术等。我们准备利用两到三年的时间，把这些关键技术解决掉。”张荣桥说。

木星系探测也是中国行星探测的目标之一。张荣桥说，到目前为止，人类对木星系的认知尚浅、探测有限，木星系孕育着大量科学新发现的机会。

“木星距离地球非常遥远、环境极其恶劣。到达木星附近，它的太阳光照强度只有地球附近的3%。如何获取能源、抵御和适应极端的空间环境，这都是要努力解决的难题。”张荣桥说，从月球到火星，再往外走向木星，这是中国行星探测走向深空的必然趋势，也将带动相关技术的发展。

中国工程院院士、中国探月工程总设计师吴伟仁表示，中国的深空探测会长期持续，“能走多快走多快，能走多远走多远”。

巡天探宇，我国深空探测一直步履不停。

由此可见，无论是月球探测还是火星探测，都可谓困难重重，但以月球探测和火星探测为代表的深空探测是人类了解地球、太阳系和宇宙，进而考察、勘探和定居太阳系地外天体的第一步。

“航天始于军事，成于政治，盛于竞争。”如果人类航天的未来是宇宙的星辰大海，中国人没有任何理由不去探测火星!（记者 范思慧 整理）