天问一号，下一站火星(1)
2000多年前的一天，中国古代著名诗人、政治家屈原面对浩瀚星辰发出了《天问》的慨叹。在这首长诗中，他探讨日月星辰和天地万物的变迁，表现出为追求真理不断探索的宏大精神，尤其是那一句“九天之际，安放安属”更成为中华民族穿越古今的宇宙究极之问。而今，屈原的千年之问，将由中国航天人来解答。
在2020年4月24日中国航天日这一天，中国首次将火星探测任务的名称及标识正式对外公布。“天问”被定为中国行星探测计划的总称。这个庞大计划的首个任务，就是天问一号的火星探测任务。
7月23日，海南文昌航天发射场，长征五号遥四运载火箭成功发射，将天问一号送入预定轨道。从这一刻开始，天问一号踏上了前往火星的漫漫征程。
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为什么是火星
随着人类于20世纪50年代迈入航天时代，人类数万年来征服太空的梦想终于成为现实，对于宇宙的研究也突飞猛进。尤其是近代天文学家对系外行星的研究，证明地球这种处在宜居带内的行星并不罕见，甚至是广泛存在的。遗憾的是，目前人类的航天能力依然有限，远远不能探测那些基于太空望远镜发现的星球。为了人类的长远未来，迈入更远的宇宙深处将是人类最远大的目标。人类航天发展几十年来，载人任务依然无法突破地月系统进入行星际，下一步突破载人探测行星技术是必然选择。
▲ 地球和两个邻居的对比(图源：NASA)
▲ 水手4号探测器及首张火星照片(图源：NASA)
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地球有两个邻居：金星和火星。金星已被证实是一个常年表面温度超过460℃、大气压是地球海平面气压90余倍的拥有恶劣的高温高压环境的星球，空气中弥漫着各类有毒硫化物，几乎没有探测开发的价值。相较而言，另一个邻居火星温度适宜、广泛存在水、保有稀薄空气、引力较小，无论从哪方面来看都非常适合成为人类载人深空探测的下一站。因此，世界载人航天大国，如美国、中国和俄罗斯都把登陆火星作为行星际载人深空探测的首选目标。一些快速崛起的商业航天公司，如太空探索技术公司(SpaceX)和蓝色起源(Blue Origin)，都把载人登陆火星作为终极目标。
从飞掠、环绕到着陆、巡视
然而，探测火星的难度极大。它与地球的距离在0.5亿～4亿千米之间变化，即便是光速往返也需要6～40分钟。地球与火星每隔780天才有一次会合机会，只有在会合前几个月的时间窗口才适合开展火星探测，而且这意味着单程便需6～11个月的探测周期。在茫茫深空中，“失之毫厘，谬以千里”。人类火星探测进行了60年，探测成功率还不足一半，难度可想而知。
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火星探测任务主要有4种：
1.飞掠任务。这主要是20世纪60年代开展的早期火星探测任务。由于当时探测器自身推进系统能力有限，轨道控制和定位精度不足，很难通过自身力量制动环绕火星，因而仅能在太空中飞行数月后与火星擦肩而过，随后便头也不回地滑入深空。最著名的是1964年11月28日发射的水手4号探测器，它拍下了最早的火星照片。
▲ 洞察者号着陆器(图源：NASA)
2.环绕任务。随着技术的进步，探测器靠近火星后已经可以依靠自身动力制动进入环绕火星的大椭圆轨道，甚至后来的近圆形轨道。由于长期环绕火星，探测器能采集海量的数据，可以全方位研究火星的磁场、大气层、重力场、浅层土壤等，极大丰富了人类对火星的认知。此外，环绕/轨道器还能起到至关重要的信号中继作用，服务于降落在火星表面的着陆器和巡视器。其中著名的是2001年发射的火星奥德赛号探测器，它已经工作了19年，且这个数据还在不断延长!
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▲ 火星奥德赛号探测器(图源：NASA)
3.着陆任务。着陆任务的最大优势是能仔细研究火星表面的各种细节，尤其是对水、土壤成分、地表地貌、潜在有机物和深层土壤的研究。需要说明的是，由于重量和能量限制，着陆器自身不可能携带巨大的天线与地球直接联络，它仅能将所有信息发给火星上空的环绕器，让其代为转发。著名的如2018年发射的洞察者号着陆探测器，它所携带的仪器可以深入火星内部数米，研究火星内部的热流和地震等。
4.巡视任务。巡视器也叫火星车，相比不能移动的着陆器而言，它最大的优势在于可以随处移动，其意义不言而喻。火星车是近些年火星探测的核心，复杂程度越来越高，待机工作时间也越来越长。最著名的莫过于价值超过25亿美元的好奇号火星车，由于采用放射性同位素电机(又名核电池)为主要动力，它可以全天候工作，且超长待机。好奇号目前已经在火星上工作了8年時间，还会长期工作下去。, 百拇医药(毛新愿)