如何评价被命名为「天问一号」的我国首次火星探测任务？

总体上，中国的首次独立火星探测任务“天问一号”是一个在我国现有工程技术能力上做到极致的火星探测任务，即便放到国际上，也属于超高难度，工程技术和科学研究意义斐然，是中国航天为全人类航天梦想的一次卓越贡献。

“天问一号”涉及到的相关科学技术实在太多了，为提高效率，我将采取自问简答的方式回复，总结此前的文章和《下一站火星》中的内容。也欢迎感兴趣的朋友提问。

一、为什么叫“天问一号”

天问一词来自我国战国时期著名诗人屈原的名作《天问》，他在这篇长诗中探讨了日月星辰和天地万物的变迁，表达了追求真理不断探索的宏大精神。而对我国下一步的航天发展，尤其是深空探测方面的发展而言，作为一个新崛起的航天大国，怀揣着不仅中华民族、更是全人类的航天梦想，无论如何也需要这么一个行星探测系列任务作为未来发展方向。最终，这个庞大的计划被命名为“天问”。

（这个整体的logo也结合了火箭轨迹、太阳系八大行星等元素，符合“天问”的实际工程计划）

这次公布的火星探测任务“天问一号”，不仅是火星任务本身开始，更有意义的是宣布了中国更加长远的整个行星探测任务开启。

在可以预见的将来，“天问”系列将不仅探测火星，还会去地球最近的邻居金星，还要挑战极限，前往更大难度的太阳系内侧水星和外侧四大气态行星（木星、土星、天王星、海王星）。我国也在近期开启了行星科学一级学科的建设，一批人才培养的摇篮正在规划中。

二、为什么我们选择火星？

人类如果想要冲出地球、达到下一个行星、甚至冲出太阳系，基本只能先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，金星环境实在太过恶劣：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，人类根本无法生存。相较而言，火星的条件"优越"不少，几乎是人类航天探索下一站唯一的选择。

地球和火星尺寸对比（图源：NASA）

1.火星的潜在资源丰富。包括拥有太阳系第一大高山（奥林帕斯山）和第一大连续峡谷（水手号）；陆地面积大，火星总表面积虽然仅有地球的28%左右，但需要注意，这可是纯陆地，已经接近地球上人类生存的七大洲面积总和；火星上大气虽然稀少，但是以二氧化碳为主，可以作为开发资源。

2.多年的科研发现，火星南北极存在不亚于地球上格陵兰岛的淡水资源，土壤中广泛存在2-3%的水分。"火星快车"任务甚至发现了疑似地下水湖，火星也存在一定有机物分子。

3.火星引力较小、距离小行星带和太阳系外围空间更近，在火星上发射火箭和深空探测的总成本大大低于在地球发射，是人类未来深空探测发展中航天基地的不二之选。

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！

三、火星探测该怎么去？

火星是距离地球第二近（轨道）的行星，但这个距离依然非常惊人，月球和地球的平均距离为38万千米，对于人类而言，已经是极其遥远的存在。但月球围绕地球运动且轨道偏心率很小，与地球的距离相对稳定。而火星距离地球在5000万——4亿千米左右，平均距离远远超过地月距离，并且这个范围变化区间实在太大。在地球上，仅需0.13秒就能实现任意两点的通信，地月之间则需要2.5秒，可是，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。

地球和火星距离变化（图自：《下一站火星》）

因而，前往火星，需要一系列基础：

1.一枚强大的火箭。这就是中国目前现役最强的长征5号火箭。中国新一代大型火箭长征5号在 2016 年发射成功，它是中国未来 20 年内大型航天任务的主力，足以满足大型轨道器、着陆器和巡视器组合的火星探测任务发射需求。它的地火轨道转移能力在5-6吨级别。

2.时间窗口。如上图所示，地火之间大约每780天才距离接近一次，叫做会合周期，这也成为了探测火星的时间窗口。在二者会合之前数月，火星探测器要从地球出发，经过6-11个月的太空旅程，最终抵达火星附近。比如，2020年这一次探测机会就在7月左右，数月后地火会合。

3.轨道设计。由于人类火箭依然只能局限于化学燃料,能力有限。探测器飞往火星之旅只能选择一个叫做"霍曼转移"的方式，一种变换太空船轨道的方法，或它的略微改进版方式——"快速合点航线"。但这个过程耗时普遍在6-11个月不等，远远长于地月之间的3天左右。同时，这些线路会受到太阳系内多个天体的扰动，还有太阳风、空间辐射等的复杂影响。此外，火星与地球并不处在同一平面内。深空探测任务往往"失之毫厘，谬以千里"，轨道设计难度可想而知。

一次标准的霍曼转移轨道（图自：《下一站火星》）

在飞行过程中，探测器总体上要经过两次加速：一次加速摆脱地球进入地火转移轨道，另一次加速赶上火星环绕太阳轨道。由于火星引力加速的影响，为切入环绕火星的轨道，探测器反而需要减速制动。

探测器达到火星附近后，需要被火星引力俘获。相比较地球而言，火星只是个小不点，质量仅有地球的10.7%，引力影响范围很小，这要求探测器必须精准切入环绕火星轨道。同时，必须拥有强大的变轨能力，能完成改变轨道、大幅增加燃料需求。

为给着陆器留足着陆窗口，探测器需要整体切入环绕火星轨道，再让着陆器择机着陆，这个入轨难度进一步提升。

4.需要复杂通讯设施。火星探测任务非常遥远，且与地球通信时间极其宝贵，这要求地球上必须有全天域覆盖的强大深空通讯网络。目前我国的深空探测天线站佳木斯站、喀什站等都在建设或升级中，海基航天测量船“远望系列”的更新，天链系列卫星的建成和海外测控站的积极建设，中国将逐渐拥有在地球和宇宙之间近乎无死角的深空通信能力。

四、探测器该怎么造？

探测器必须功能强大。一方面，探测火星的成本极高，如果只是进行简单工程验证并不值得，必须搭载各种科学仪器才能换回相应价值。另一方面，由于距离问题，探测器的深空通信、自主导航制导控制和自我故障检测修复功能等必须独立且强大，这进一步推高了成本。

中国最终选择了“绕”、“落”、“巡”的三大任务主线集为一体，这有一定必要性，也是很大的挑战。

1.至少要做到“绕”。这也是世界各国首次探测火星时必选项，即发射一颗探测器实现环绕火星运行，进行科学研究和工程验证，又可以叫做轨道器。这方面，我国不仅有此前“萤火一号”对火星探测仪器的基础，也有嫦娥系列对月球探测的基础。这个轨道器还有一个非常重要的意义：服务于位于火星表面的着陆器和火星车，因为它们基本不可能有直接和地球通讯的能力，太远了！

可以说，“绕”是火星探测的基础，如果没有轨道器飞在火星之上，是不可能进行“落”和“巡”的。

（NASA维京任务组合体，上面为轨道器，下面为着陆器。图自：NASA）

2.“落”和“巡”的必要性

一方面，“绕”的任务实在太多，已经很难出重大科研成果了。尤其是直到目前，尚有6个火星轨道器在工作，它们是美国NASA的奥德赛号、侦察轨道器、MAVEN大气专家，欧洲的火星快车、ExoMars-TGO，印度的曼加里安。因而，从科学意义上讲能抵达火星表面的着陆器和火星车更能获得有价值的研究成果。

（过去几十年内火星着陆器情况，图自：NASA，徐蒙博士译）

五、探测器怎么落？

而上述所说的，还仅仅是实现环绕火星的难点，要完成降落火星的任务，还需要克服一系列更复杂的问题。

1.火星大气。火星仅拥有极其稀薄的大气，含量甚至不足地球海平面平均密度的1%，但它却成为让科学家又爱又恨的存在。

爱在于：虽然大气稀薄，但不像月球一样近乎真空，科学家可以利用它产生的摩擦力对探测器进行减速。

恨在于：它依然可以产生非常多的热量，高达2000摄氏度。但它的密度又不足以让探测器完全减速，到最后还是需要反冲火箭发动机长期工作以实现悬停、避障、降落，也就是中国本次试验的核心技术。

中国已进行了探测器在火星低重力环境下悬停（图源：中国青年报）

因而，一个火星着陆器既需要隔热罩隔绝热量，还需要配备减速、降落伞进一步减速，同时也要反冲发动机联合工作，几乎凑齐了人类现有的降落技术，整体设计难度陡增。

2.能量来源。火星距离太阳更远，火星能接触的太阳能仅是地球的44%左右。由于长期风化，火星上沙尘非常细密，缺乏温室效应又导致火星不同区域气压差很大，进一步导致存在很强力的风，使得火星上经常出现沙尘暴，这也是导致去年"机遇号"火星车失联的直接原因。因而，火星着陆器要么选择太阳能，但要面对能量低、风险高的困难；要么选择极其昂贵的核电池，且由于火星夜晚过于寒冷，必须携带热源保温。

好奇号火星车降落火星过程自主完成了超过1000个动作（图源：NASA）

3.自主导航。标准的火星着陆过程持续时间仅7分钟左右，这甚至不足以完成一次地火通讯，这意味着全程超过1000个动作的降落过程必须依靠探测器自主完成，对软件和硬件的要求极高。

因而，降落火星的难度，远远超过"上九天揽月"。对于这次任务，我们也希望一切顺利，带着中国人“天问”的梦想抵达火星！

最后，放几张官方美图镇楼（自：中国航天局）

《下一站火星》小书链接：

任务难度：⭐⭐⭐⭐⭐

根据2018年发表在《深空探测学报》的《我国首次火星探测任务》，火星探测的总体规划是，“一步实现绕着巡，二步完成取样回”。在2020年完成发射，在2021年实现我国的机器人登陆火星。现在的天问号肩负的任务就是：绕着巡（环绕，着陆，巡视）。然后接下来根据2020年任务的执行情况来规划取样回的任务。

简要回顾一下历史就可以体会一下这次火星探测直接“绕着巡”有多困难。

第一次火星探测的尝试是1960年苏联的[火星1A]，以失败告终。第一次成功探测火星是NASA的水手4号，完成了“到”，并回传了图片。1971年，苏联“火星二号”完成进入火星轨道，完成了“绕”，同年的“火星三号”实现软着陆完成了“落”，但是着陆14.5秒之后失联。1997年，NASA的“旅行者号”成功降落并移动分析岩石，实现了“巡”。

到现在为止，在六十年里的44次探测火星活动中，完全或者部分成功的有23次。

由于火星探测的轨道设计复杂，燃料消耗大，环境复杂恶劣，降落困难，对于整个任务里的材料燃料通信机械结构都提出很高挑战。

“天问一号”这次探测任务中要在一步之内完成 “绕，着，巡” 三个任务，难度可想而知。

但是，难也要上！

为什么要去火星

在太阳系中的八大行星中，除了我们已经探索几千年的地球之外，火星是唯一一个存在于宜居带中的星球。如图，地球的邻居另外一个邻居因为过热而被排除在宜居星球之外。

图源: Chester Harman NASA/JPL

宜居带的判定标准是该区域的温度高低，是否可以让液态水存在。液态水对于生命的存在是决定性因素。可以存在液态水的区域被称作是宜居带。

而这里宜居带分乐观宜居带和保守宜居带，乐观宜居带的评判标准就是简单的液态水存在。而保守宜居带的评判标准还有温度不能过高，温度低了可以通过产热加保暖来克服一下，但是温度过高就很难克服了。而火星，处于保守宜居带内，可以允许液态水存在。

太空探索路线里，离开了地月系之后火星是首选。

需要注意的是，这里的“宜居”，指的是生存候选星球。和房地产广告里的“宜居”有本质区别。

图源: NASA

火星相比于地球，体积小了很多，表面干旱，而且大气也很稀薄，小于1%的地球大气压，而且以二氧化碳为主，没有像地球一样的大偶极场来阻挡高能射线。所以，虽然火星是宜居带星球，但即使是移民火星也不能像在地球上一样舒适地生活。

除了“宜居星球”身份，火星探测对于天文学观测还有潜在的重大的促进意义，在射电观测中越长的基线意味着越高的分辨率，所以有台站遍布全世界的VBLI（甚长基线干涉阵），1997年的时候日本发射一个射电望远镜到近地空间得到了2.5万KM的基线长度。

如果能在火星上建起射电望远镜，并与地面站形成干涉阵，那么基线长度将会达到10^9千米的量级，相应的理论分辨率也会提高很多。

而且，由于特殊位置以及质量体积相对较小，是地月系外最容易登陆行星。 下一步如果射电天文扩张到星际长基线干涉，火星将是第一个天线的落脚点。

为何扎堆发射？

这个暑期，中国，阿联酋，和美国都派出了自己的火星探测器。都选择在七八月份发射。是因为这个事件点是一个火星探测的“窗口期”。

火星是地球的邻居，火星离地球最近的时候只有大约四分之一日地距离，然而从探测器燃料经济性的角度考虑，需要让探测器走一个椭圆轨道从而连接地球和火星轨道（如下图）。

这样的轨道规划对于地球和火星的相对位置有要求，由于地球和火星的公转不同，符合要求的相对位置大每2.14年出现一次，最近的一次就是今年的7,8月份。也就是错过这个夏天，再等两年。

“天问一号”探测任务

此次探测任务的目标分两类：工程目标和科学目标。

工程目标

其中工程目标就是上面提到的完成“绕着巡”三步，掌握火星探测的关键技术，积累经验，为后期更进一步的深空探测打下基础。

科学目标

科学目标就是对于火星进行环绕探测和巡视探测，获取火星全球信息和重点区域高分辨率信息，天问携带了13个科学载荷 ^[1]，主要包含五个科学目标 ^[2]：

1. 地质地貌特征
2. 土壤特征和水冰分布
3. 表面的物质组成
4. 大气和电离层以及表面气候特征
5. 物理场合内部结构

值得一提的是，天问一号携带的火星“磁强计”是由我们中科大的日地空间组研制的，关于这个火星磁强计的详细内容详见：

它服务于第五项科学目标，探测火星的磁场特性。

毕竟“探测器”的终极目的是“探测”，能让我们更了解火星。

参考

1. ^李春来，刘建军，耿言，曹晋滨，张铁龙，方广有，杨建峰，舒嵘，邹永廖，林杨挺，欧阳自远.中国首次火星探测任务科学目标与有效载荷配置. 深空探测学报
2. ^我国首次火星探测任务 耿言 等 2018 深空探测学报

“天问”来了！疫情挡不住中国航天豪情

4月24日，国家航天局正式公布，中国行星探测任务被命名为“天问系列”，首次火星探测任务被命名为“天问一号”，后续行星任务依次编号。据了解，中国首次火星探测任务将于2020年择机实施，这意味着中国的首次火星之旅将越来越近。

对外太空和地外生命的无限好奇，激发着世界各国探索火星的雄心壮志。当前，火星探测是国际前沿的科技创新活动之一。2020年恰逢火星探测窗口期，美国、欧盟、印度、阿联酋等国家和地区都曾宣布本年度开展火星探测。中国火星探测项目从2016年正式立项到火星探测器的问世，期间只用了3年多时间。中国也成为继美国、俄罗斯与欧洲之后，又一个具备独立完成研制火星探测器能力的国家。

火星探测有多难？有人这样比喻，让探测器在火星精准着陆，相当于从巴黎击出一只高尔夫球，落在东京的一个洞里。截至目前，全球火星探测成功率还不足50%，火星因此有“航天器坟场”之称。然而，“天问一号”计划一次实现“环绕、着陆、巡视”三大目标。要知道，此前只有美国在一次火星探测任务中同时完成“绕”和“落”；欧洲曾两次尝试“绕”和“落”，但都以失败告终。彭博社刊文称，中国的火星探索计划是迄今为止最复杂的，如果中国获得成功，毫无疑问会让中国航天计划跻身世界第一梯队。

“天问”探测火星难于“九天揽月”。中国之所以有底气争取一次完成前所未有的火星探测挑战，来自于几代中国航天人的发愤图强、埋头苦干。从50年前太空传来那曲熟悉的“东方红”开始，“神舟”载人、“天宫”展翅、“嫦娥”奔月等一次次振奋人心的成就，见证了中国航天的跨越式发展。如今，“胖五”火箭整装待发，嫦娥二号拓展任务已经实现了超过1亿公里的测控，载人航天和探月工程也让中国在着陆、巡视技术等领域积累了大量技术经验。中国用一次次壮举，为开展火星探测打下坚实基础，拓展着人类的太空认知，提升着人类的太空探索能力。

2020年，突如其来的新冠肺炎疫情给中国经济社会带来前所有的冲击。在这种情况下，中国更要发扬中华民族自强不息的伟大精神，敢于战胜一切艰难险阻，勇攀航天科技高峰。正如钟南山院士所说，“疫情挡不住航天豪情”。（文/孟庆川）

我国的“天问一号”探测器进行的火星探测活动已经进行多半年的时间了，9月份时由于受到日凌影响曾停止探测20多天，不过在10月22日，“天问一号”环绕器和“祝融号”火星车安全度过首次日凌，已恢复科学探测工作。11月8日，来自航天八院的消息称天问一号又进行了一个新动作——环绕器成功实施了第五次近火制动——四台120牛的发动机启动后持续工作了约260秒，将环绕器带入了一个距火星表面最近时约260公里，最远时上万公里的新的椭圆轨道。

很多人没有关注到该消息，其实这意味着我国天问一号火星任务的最终阶段，该轨道被称作“遥感使命轨道”，进入这个轨道后，天问一号之后的火星探测任务中的轨道基本将不会再有变化了。

我们知道天问一号飞到火星后又过多次改变轨道的操作，先是天问一号180度调转姿态，后来改变轨道进入着陆器着陆阶段，期间又进行了一次变轨，进入火星停泊轨道，对火星表面的环境进行重点观测，利用我们的设备获取火星表面的详细状况，着陆器降落后环绕器进入中继轨道，方便火星车发回的数据经过环绕器传回地球。

如今环绕器信号中继卫星的角色任务基本结束，这次变轨已经是天问一号环绕火星的第5次变轨了，之后它将长期以这一姿态围绕火星运行，在该轨道上，“天问一号”环绕器上的中分辨率相机、高分辨率相机、次表层探测雷达、矿物光谱分析仪、磁强计、离子与中性粒子分析仪、能量粒子分析仪7台高科技载荷开展工作，获取火星地形地貌、表面物质成分与土壤类型分布、内部地质构造，乃至火星的大气电离层、火星空间环境等科学数据。

它可以实现200天对火星表面360无死角观测，由于和火星的最近距离只有260公里，比空间站距离地球表面还近，所以这次环绕器拍摄的照片的分辨率也很高，火星表面的地形地貌情况将更加清晰和准确，期间将重点关注火星陨石坑、火山、峡谷、干涸河床等典型地貌和地质单元，并将建立我国的火星资料数据库，为我国新一轮火星探测提供更详细的数据和资料。

天问一号环绕器改中继轨道为遥测轨道，那么祝融号火星车在火星表面得到的数据如何传回地球就将受到影响，可以传输信号的时间将缩短，但根据我国探火工程官方微博“天问一号祝融火星车”发布的消息，这方面我国将与欧空局“火星快车号”探测器团队展开合作，消息称仅在11月份，我国祝融号火星车将和“火星快车号”探测器进行5次通信测试，祝融号新车发出的数据被火星快车号接收后，该探测器将把数据转发到欧空局位于达姆施塔特的ESOC运营中心，之后再从ESOC运营中心转发到我国祝融火星车团队进行处理分析和后续的研究。这也将是我国在地外行星探测上首次与外国机构合作。

“祝融号”火星车的设计寿命其实只有三个月，但设计寿命不等于使用寿命，美国的一些火星探测器的设计寿命也是只有三个月，但有的却使用了十多年，由于我国才发射了一颗火星探测器，信号中转只能依靠天问一号环绕器进行，而环绕器要进入遥感工作模式，我国祝融号火星车数据信号传输上更为不便，所以需要与欧洲的火星快车号进行合作，等到下次火星探测发射了新的火星探测器之后，这一情况将会得到改观。

参考资料：

《前瞻网》10月10日文章《中国航天再创佳绩！“天问一号”开展火星遥感探测，验证生命痕迹》

《环球网》10月29日文章《祝融号火星车将与欧空局火星快车号探测器进行通信测试》

我也想问。

如何评价被打丢了的 萤火一号 火星探测器

不配拥有姓名么

替它嘤嘤嘤几下

“天问”系列是我国对行星探测的总称，此次我国首次实施火星探测因此被称为“天问一号”。同时，“天问”来源于我国古代诗人屈原的长诗，寓意天地、自然和人和。国家航天局总工程师葛小春解释“天问”的更深层次的寓意为：探求科学真理前路漫漫，追求科学真理永无止境。

中国人对航天器的命名总是富有浪漫主义色彩，例如“嫦娥”“天宫”“玉兔”“萤惑”等等，都寓意着对传统文化的传承和创新。

火星探测不像月球探测一样简单，从美国开始发射的第一个火星探测器到目前为止，成功率大概只有百分之50，同时火星的探测窗口两年一次，中国要一次性实现绕落探技术要求更高，但是一定可以实现。

时也势也，箭在弦上不得不发。

新冠病毒面前，各国是骡子是马拉出来走两步。

航天也是如此，步子虽然大，但是总要迈出去才知道前方是实地还是坑。

先睹为快：CG动画模拟中国火星探测全程

一次发射，完成“环绕、着陆、巡视”三大任务，最终是为了实现五大科学目标：

1、测绘火星形貌和地质构造特征；

2、调查火星表面土壤特征和水冰分布；

3、分析火星表面物质组成；

4、监测火星大气电离层及表面气候和环境特征；

5、探测火星物理场（重力场、引力场、磁场）和内部构造。

而实现这五大科学目标的，是一个个具体的任务载荷！

为了完成这五大科学目标，天问一号总共携带了13种有效载荷，其中环绕器7种，巡视器6种。

环绕器搭载了：

1、中分辨率相机（MRC），400km轨道分辨率100m，用于绘制火星全景地图；

2、高分辨率相机（HRC），400km轨道分辨率2m，用于绘制重点区域地图；

3、次表层探测雷达（OSR），用于绘制火星土壤特征、地质构造特征图；

4、矿物光谱仪（MMS），用于确定火星表面物质元素组成；

5、磁力仪（MM），用于火星空间磁场探测——奥地利研究促进署（FFG）提供技术支持

6、离子和中性粒子分析仪（ MINPA），用于探测火星空间低能离子环境和能量中性原子环境，研究火星大气逃逸机制和与太阳风的相互作用

7、高能粒子分析仪（HECPE），用于探测太阳高能粒子对火星粒子辐射环境的影响

巡视器搭载：

1、探地雷达（GPR），可实现火星地表以下100m成像，用以探测火星土壤特征和地下水冰分布

2、火星表面磁场探测器（MSMFD），将地表数据与火星轨道环绕器探测的磁场强度数据结合，能准确识别出哪些岩石被磁化及年龄有多大。通过对火星各角落的磁场强度分析，能解决火星演化模型存在的其他问题。

3、火星气象测量仪（MMMI），能测风、能测温、能测气压，还能听听火星上的声音到底什么样……

4、火星表面化合物探测器（MSCD），主要由激光诱导击穿光谱仪（LIBS）通过激光烧蚀火星土壤获得光谱，分析成分

——与好奇号、毅力号使用同样的技术，由欧空局（ESA）和法国国家空间研究中（CNES）提供支持

5、多光谱相机（MSC），提供火星地表多光谱成像照片，用于分析火星土壤及地貌特征

6、导航和地形相机（NTC），主要用于巡视器自助导航

以毅力号为例，顶部的立体相机横杆距地面 115 m。

包含一个超级分析相机（SuperCam），两个高分辨率变焦相机（Mastcam-Z多光谱全景相机）和两个导航相机（NavCam）。

避障相机（Hazcam）有两对全色相机 ,分别 固定在车体的前后部。

火星车有“盲行” 和“自主行驶” 两种模式，盲行安全路径根据Navcam或Mastcam-Z立体相机影像及其派生的坡度图等地形制图，由人工确定 ，因此对立体相机的测图能力和地形制图的精度和可靠性要求很高。

作为首次行星探测任务（萤火一号只能算是尝试），绕、落、巡，分别代表着不同的任务安排，相应的风险和技术难度也随之一步步加大，所以在载荷分配上更多考虑的是平衡。

相比美国的火星2020，天问一号不只是着陆火星，还有更重要的任务是通过环绕器绕火飞行，完成对整个火星外层空间、大气、地表环境的等基础资料的探测和收集。以取得详细的一手资料，从而更准确的规划、安排火星探测任务。

所以，巡视器上也没有像毅力号那样投入过多的探测手段。而本次火星任务，即便只完成“绕”的环节，就已取得巨大成功～

当然，完美实现“绕、落、巡”三大任务，是我们最大的期望！

厉害了！奔向火星！中国首次火星探测任务天问一号探测器发射成功

“GO TO MARS TOGTHER！”刚刚，中国火星探测任务“天问一号”成功发射，开启了我国对火星的首次探测之旅，中国的深空探索又向前迈进了一步。

北京时间2020年7月23日12时41分，长征五号遥四运载火箭托举着我国首次火星探测任务“天问一号”探测器，在中国文昌航天发射场点火升空。

火箭飞行约2167秒后，成功将探测器送入预定轨道，开启了火星探测之旅。

“天问一号”是我国首次自主火星探测任务，是中国航天走向深空的里程碑工程。与其他任何国家首次火星探测任务不同，“天问一号”要实现“绕”“落”“巡”的三连任务，当属全球首次。

火星探测器在升空后，根据测算，最优转移轨道需要203天，也就是6个月零19天，即在2021年2月11日被火星引力捕获。

按照探测器速度，取最优减速轨道以及绕火星探测事件，预计在2021年4月23日开始实施火星着陆。

在到达火星之后，火星车的设计寿命是90个火星日，火星的一天比地球的一天略长一点，大概是24小时37分钟，90个火星日也就是地球上三个多月的时间。

如果“天问一号”能够成功登陆火星，这将使得中国跻身太空精英强国之列，成为太空探索的引领者。

然而，路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。

火星，这颗孤独的星球，等着我们的拥抱。

成败关键：“恐怖7分钟”

纵观人类的航天史，人们似乎一直对火星、月球“情有独钟”。全球已经有了40多次火星探测活动，但成功和部分成功的任务仅有22次，成功率大约40%。因此，火星有着“航天器坟场”之说。

但是火星对人类的诱惑太大了。

2010年8月，8位院士联名向国家建议，开展月球以远深空探测的综合论证。为此，国家国防科技工业局立即组织专家开展了发展规划和实施方案论证。

中国国家航天局探月与航天工程中心深空探测总体部部长耿言曾撰文写道，首次自主火星探测是深空探测的起点和重点，实施方案经过三轮迭代和深化，在2016年1月正式立项实施。

2016年8月，火星探测任务名称和图形标识全球征集活动启动，经过网络投票，“天问”排名第一，得票31.7万余张。

2020年“中国航天日”启动仪式上，备受关注的中国首次自主火星探测任命被正式宣布命名为“天问一号”。

根据计划，我国首次自主的火星探测任务非常重，任务由轨道器、着陆器、巡视器三个部分组成，目标是通过一次发射任务，完成绕、落、巡这前三个步骤。

“这将是世界上首次自主探索火星即完成软着陆的任务。”中国科学院紫金山天文台研究员季江徽曾接受《科技周刊》采访时表示。

中国航天科技集团五院深空探测和空间科学首席科学家、中国科学院院士叶培建曾向媒体表示，中国如果想要实现超越，需要利用现有的技术实现“两步并成一步走”。

但是，“一石二鸟”背后是更高的挑战和更大的风险，国际鲜有先例。

首先，是将火星探测器送上太空的火箭。

这次“天问一号”搭载的是长征五号火箭，是我国最大运力的运载火箭，广大网友爱称其为大火箭“胖五”。2016年长征五号运载火箭首飞成功，截止目前，总共发射了三次，失败一次。

相比于月球，火星距离地球更加遥远，而且火星和地球两者的距离会不断的变化：地球和火星位于太阳两侧时最远距离大约4亿公里，而位于太阳同侧最近时有5460万公里远（是月球的150倍远）。

“天问一号”探测器奔赴火星，并不是走直线，而是通过火箭的运力将探测器送入椭圆形轨道，在这个过程中将一直处于高速飞行状态，需要“长途奔袭”10个月，2021年才能到达火星。

其次，到达火星之后，探测器将迎来决定成败的关键挑战。

“火星探测最大的难点在于’恐怖7分钟’，在进入、下降与着陆过程中，要在7分钟内将探测器的时速从2万千米降低到零。这需要融合多种减速手段才能实现，包括气动外形、降落伞和反推等，也需要自主导航控制技术来保证。”中国科学院空间应用工程与技术中心研究员张伟曾对《科技日报》表示。

据了解，在着陆前，探测器需要先将速度降下来，从4.8公里/秒减速到460米/秒，相当于先来一个急刹车。

接着，探测器打开降落伞，用90秒的时间将速度再降到95米/秒。

最后，进入“着陆缓冲段”，这会儿探测器需要悬停避障，对火星表面进行观察，看一下地面有没有坑、大的石头，保证落地安全性。

“目前国际上主要有两种减速方式。我国根据探月工程中的技术经验作为基础，将通过4个阶段逐步减速，最终使探测器平稳到达火星表面。”中国科学院院士、航天科技集团科技委主任包为民曾向媒体透露，第一阶段为气动减速，第二阶段开降落伞，第三阶段动力减速开反推，第四阶段悬停避障；着陆器在火星表面软着陆成功后将释放火星车。

登陆火星是最具挑战之一，由于火星拥有大气层，要防止着陆器在下降过程中变得过热；而且仅凭落伞无法使着陆器减速，还需要减速火箭。在此前18次火星着陆任务重，仅有10次取得了成功。

在成功着陆之后，探测车将进行“拍照留念”、探测物质和元素、探测环境和侦测火星浅层地质结构，以及探测火星气象等。

火星车上，竖立在前端的桅杆顶端的方形设备就像机器人的脑袋，上面有实时探测的全景相机，可以帮助火星车避开障碍。另外，火星车上还有4个大的太阳能电池板，以及探测雷达、磁场探测仪和气象测量仪，可以对火星进行全方位的探测车。

依照计划，火星探测器寿命只有短短90个火星日，火星日比地球一天略长，为24小时40分钟，也就是三个月的时间。

至此，“天问一号”火星探测器即可完成其使命。

人类“第二家园”

正如上文所说，登陆火星是如此艰难，但依然未能阻止人类探索的脚步。为何？

作为太阳系的行星之一，火星与地球在环境等方面的相似性，使得人们对火星探索一直抱有浓厚兴趣。

专家表示，火星不仅有大气，也有适宜的温度，和地球也有着相似的自转周期。研究火星可以给人类带来很多启示，极具价值的基础研究。

国外媒体曾经发表文章称，科学家在火星南极冰盖下发现了液态水存在的证据。这一发现更是激起了人们对火星的探索热情。

“火星是太阳系内与地球特点最为接近的行星，是人类未来移民的首选地。”张伟接受媒体采访时表示。

这意味着，火星将是人类的“第二家园”。科学家甚至都已经提出了火星改造方案。

此次，除了中国的“天问一号”探测器之外，美国的“毅力号”火星车和阿联酋的“希望”号火星探测器，也定在了7月份发射，而原定于今年探测火星的欧洲与俄罗斯合作已宣布推迟到2022年。

为何各国都选择了此时发射？

▲来自网易科技

据了解，每隔两年，全球都会迎来一次火星探测高潮，原因在于地球与火星位置的关系，每26个月火星会有一次距离地球最近的机会，距离只有5500万公里，这也是发射火星探测器的最佳时间窗口。

此时实施火星探测，探测器飞行的路线最短，最省燃料。如果错过此次发射，就要在等26个月，下次发射窗口要等到2022年9月。

移民火星还要多久？

既然火星是人类孜孜不倦追求的“第二家园”，何时人类才能够移民火星呢？

商业火箭公司SpaceX的创始人马斯克曾经提出个火星移民计划：希望在火星建立社区，他还喊出如果把一个人的移居成本控制在20万美元左右，预计地球上最少会有2万人愿意移民外星球。

“北斗女神”徐颖在做客网易科技携手吉利ICON汽车打造的《开杠吧》节目时曾表示，火星是我们的邻居，火星也是我们离太空最近的一个梦想。但是，如果人类真的想移民到火星上来生活的话，还有很多事情要做。比如解决物理层的问题，解决火星环境问题，包括火星大气问题。

“其实已经有科学家提出了火星移民的整体改造方案。大概多少年可以对火星改造完毕，移民火星，我觉得这个单位要用千年为单位计量。”徐颖认为。

雨果奖获得者、科幻作家郝景芳也在《开杠吧》节目中表示，在可以预见的未来，人类即使移民火星，也一定是在封闭环境下有限资源条件下的生存。

这就意味着火星生活不可能是非常自由的，一定是将所有人束缚在一个有限的空间里。这样才能保证可呼吸和空气，可分配的食物，能源和最高效的物资调配方式。

“所以，这样营造出来的生存空间和社会，和我们地球上极大丰富的世界资源非常不一样，也会非常经济有效的方式去运行，火星上的社会几乎肯定是科学家工程师和高级知识分子创造出来的社会，也一定是一个非常信息化的社会。”郝景芳认为。

如果有生之年，可以移民火星，你的选择会是什么？

参考资料：

科技日报《天问一号：在探火路上来一次“后发先至”》

新华报业网《首次火星探测任务将进行 “天问一号”，一次实现“绕落巡”》

科技日报《成功率不到一半 为什么人类在如履薄冰中“探索火”》

中国青年报《“天问一号”将向火星进发 中国行星探测为何首探火星》

果壳《为了去火星，你知道天问一号有多努力吗？》

央视新闻客户端《中国首辆火星车来了》

中国航天科技集团公众号

网易科技《逆向思维》第十期

小火箭公号《人类探索火星发射时机与抵达时刻计算图表》

看到“天问一号”消息的时候，我起初是很惊讶，而后感觉很兴奋。

惊讶是因我知道11年“萤火一号”的失败，而这次居然要一次实现“绕，落，巡”。兴奋的原因，我一时说不出具体的，于是我在网上搜了搜航天的历史时间线。

1942年的德意志，帝国的V2火箭载着炸弹飞向了英国，把女王都炸的紧急避难，伦敦市民惶惶不可度日。

1942年的中国，日寇肆虐的中华大地上，中原的河南，还有河北、山西、山东、安徽发生大饥荒。饥荒之后又赶上蝗灾。天灾，地祸，兵乱一个不缺。

1957年的苏联，第一颗人造卫星顺利升空，成功发射。这是连美帝都叹为观止的成就，人类探索宇宙的纪元开启了新的篇章。

1957年的中国，刚刚完成第一个五年计划的喜讯还没让人高兴多久，紧接着“大跃进”开始了。

1969年的美国，“阿波罗11号”带着三名宇航员登陆月球，阿姆斯特朗的名字和他的那句话举世皆知。星条旗飘在月球的大地上。

1969年的中国，中共“九大”召开， 四人帮的爪牙在会上喧闹，各地党组织瘫痪。

1997年的7月，还是美国，火星表面上一个巨型气囊弹跳15次后，才终于停下，随后安然无恙的 索杰纳号火星车，开始了工作巡航。

1997年的7月，在中国香港，“你们可以下岗，我们上岗，祝你们一路顺风”这句铿锵有力的话语，开启了“一国两制”的伟大构想，半殖民地的身份，开始从新中国身上消散。改革开放后的新中国，开始把目光投向海洋，投向深空。

如今，距V2火箭升空，已过去78年，距索杰纳登陆火星，已过去23年。此次“天问一号”中国提出目标，要用实际举措一举实现火星探测的“绕，落，巡”。我真的很兴奋。从望尘莫及，到望其项背，再到如今的同台竞技，我兴奋到心里一暖。郑和下西洋在先，但中国错过了大航海时代，如今的深空探测，中国终于赶上了世界第一流的步伐。说实话，因为之前我们没有过实质独立的火星探测，这次任务的结果无经验可以预测，但这一步的迈出，已经让中国的火星探测实力实际前进了一大步。

如果“萤火一号”能称为源头，那“天问一号”就是星火。

我想，火星那么大，应该也容的下两个大国。

emmmm？

我怎么记得第一次是萤火一号？

其实天问一号并非首次火星探测任务，首次火星探测任务是2011年挂靠在福布斯-土壤探测器下的萤火一号。所以应该是第一次独立火星探测任务

7月17日，中国第一个完全本土化的火星飞行任务“天问一号”在中国南方海南省文昌航天发射中心准备发射升空。

一个长征5火箭将根据中国国家航天局发射“天问一号”在7月底或8月初。有人猜测，发射时间定于7月23日，即发射窗口的开启。

星期五早上，将“长征5号”及其宝贵的有效载荷垂直运输到该中心的发射区大约需要两个小时。发射团队将在升空前对火箭进行最终测试。

据新华社报道，“长征5号”在其发射带下进行了几次实验性发射，但“天问一号”的升空将标志着火箭的首次运行。该火箭有望将“天问一号”送入地球到火星轨道，这是“长征5号”的首次发射。

“天问一号”雄心勃勃，旨在一次完成所有轨道，着陆和巡回飞行，并获得有关“火星”的科学勘探数据。

“长征5号”发射任务指挥官李本奇对中央电视台表示：“到目前为止，对火箭，火星探测器和发射区的所有技术项目的测试已经完成。当火箭在发射区时，我们的准备工作集中在向火箭中填充燃料，并确保火箭和流动站处于良好的最终状态。然后，我们将进入发射程序。”

中国国家航天局总工程师葛晓春告诉中央电视台：“火星探测是中国行星探索项目的第一步。即将到来的发射任务得到了国际社会的高度认可和支持。”

葛晓春说，“火箭向发射区的垂直运输表明，我们为发射任务做好了准备。今后几天，我们将坚持严格，认真的工作态度。”

中国运载火箭技术研究院运载火箭专家龙乐豪告诉中央电视台：“火箭将同时将火星轨道器，着陆器和火星车带入太空。如此全面的火星探测发射任务也将是世界上第一个，因此我们很期待。”

候选降落地点：Utopia Planitia

《自然天文学》论文“ 中国对火星的首次飞行任务 ”概述了有关“天问一号”的细节，包括：

“天问一号”探测器的质量（包括燃料）约为5吨。轨道器将提供与流动站的中继通信链接，同时对火星进行一年的科学观测。科学观测阶段的轨道是一个椭圆形的椭圆形轨道，长265公里乘 1200公里。

“天问一号”预计将于2021年2月左右到达火星，科学观测阶段将于2021年4月开始。

着陆器/流动站将在飞船抵达后两到三个月在火星表面执行软着陆，并在登陆器Planitia内进行候选着陆。

13种科学仪器

大约240公斤的太阳能漫游车几乎是中国玉兔二号月球漫游车重量的两倍，预计将在火星上运行约90天。（火星的一天或比地球的一天长40分钟左右。）

“天问一号”任务总共有13个科学有效载荷。轨道飞行器上的七台仪器是两台摄像机，即火星轨道地下探测雷达，火星矿物学光谱仪，火星磁力仪，火星离子和中性粒子分析仪以及火星高能粒子分析仪。

流动站上安装的六种仪器是多光谱摄像机，地形摄像机，火星探测器地下探测雷达，火星表面成分检测器，火星磁场检测器和火星气象监测器。

天问一号综合任务

““天问一号”将在第一次尝试中就进入轨道，着陆并释放流动站，并与轨道飞行器协调观测。从来没有以这种方式执行过行星飞行任务。从科学上讲，“天问一号”是研究火星形态，地质，矿物学，空间环境以及土壤和水冰分布的最全面的任务。”

中国在萤火一号进行了一次火星探测，萤火一号于2011年11月随俄罗斯的火卫一格伦特任务发射升空。火卫一格伦特遭受发射失败，导致首次探索失败，直到现在“天问一号”火星探索任务启动。

真诚而又热烈的祝贺，并向航天工作者致敬！

从历史来看，

一颗火星探测器的意义＞N艘海军航母，

希望中国人能争口气 在人类火星开发史上留下里程碑意义上的第一，比如第一个载人登陆火星或者火卫之类的。