【火星探测．懒人包】5个问题解密中国火星探测器“天问一号”

7月23日（周四）12点41分，搭载“天问一号”火星探测器的长征五号遥四火箭在海南文昌市发射升空。“天问一号”探测器预计明年2月份抵达火星。此次火星探测将一次性完成“绕、落、巡”（环绕探测、降落火星、巡视探测火星表面）三大任务。
本文解读了围绕火星探测器“天问一号”的相关问题，让读者简易了解个中奥秘。

“天问一号”探测器发射升空（点图放大）：

1）“天问一号”探测器为什么这么重？

北京大学地球与空间科学学院教授、中国空间科学学会、空间探测专家委员会副主任焦维新解释，“天问一号”探测器由环绕器、着陆器和巡视器组成，重量达到5吨左右。在全世界各国（组织）发射的火星探测器看，“天问一号”算是一个比较大体量的探测器。

大多数火星探测器都属於单独发射─一次发射一个装置，轨道器（环绕器）、火星车（着陆、巡视装置）分开发射，比如今年美国将要发射的毅力号火星探测器，只包含一辆火星车，重量只有1吨左右。但中国这次的任务是一次发射并完成火星环绕、着陆和巡视三项任务，因此体量较大。

官方正式发布“天问一号”1:1着陆平台和火星车模型（点图放大）：

2）如何把“天问一号”送上奔往火星的轨道？

焦维新解释，发射深空探测器需要运载火箭提供足够的发射能量，使探测器获得足够大的初始速度。“天问一号”要脱离地球的引力场并进入地-火轨道，速度必须超过第二宇宙速度─11.2公里/秒，才能飞向自火星，否则探测器只能绕着地球转。

这项火星探测器发射任务只能由中国现役最大的火箭长征五号承担发射任务。长征五号火箭总长约57米，箭体直径达到5米，是中国目前体积最大的火箭，也是运载能力最强的火箭。

7月17日， 实施首次火星探测任务的长征五号遥四运载火箭垂直转运至发射区（点图放大）：：

3）为什么26个月才能等到一次视窗期？

2020年火星任务的发射视窗期是在7月15日至8月5日。中国、阿联酋、美国都会在这个视窗期发射各自的火星探测器。

焦维新解释，在太阳系中，地球、火星都绕着太阳公转，地球在内圈、火星在外圈。地球发射的探测器要去火星探测，探测器需一边往前飞，一边往外靠过去，飞行轨迹是一个椭圆的轨道。等到探测器飞了一段时间到达火星轨道时，火星也正好公转到同一个地方，这时探测器就可以被火星引力吸引。

经过科学家计算，当探测器绕过太阳运转半圈后再往火星飞去，是最节省能量的。要完成这场“约会”，发射探测器时对于火星和地球的相对位置是有特别的要求：当地球和火星都在太阳的同一边，火星要在地球前方一些，此时太阳和地球之间画一条线，太阳和火星之间画一条线，这两条线之间的夹角达到44°。每隔26个月才会出现一次这个情况，2020年夏天正正出现这个情况。

4）“天问一号”会经历什么考验？

从20世纪60年代开始，多个国家和组织先后发射了火星探测器，完全成功率不足50%。焦维新说：“有的探测器是发射成功，但是后来工作几天通讯系统出问题，就失联了；也有的是火星车着陆失败”。

焦维新解释当中的难度时指，当“天问一号”慢慢接近火星，以便被火星的引力捕获而进入环绕火星轨道时，它又需要一直降速─从11.2公里/秒，一直降到大约3公里/秒，但是速度不能低于火星的逃逸速度1公里/秒，否则火星又吸不住“天问一号”了。“天问一号”需要用大约30分钟左右的时间点火减速，这个过程中探测器会飞到火星背面去了，这是一个地球完全没有办法联络到“天问一号”的时间段。

“天问一号”还有着陆器，要再多经历一个生死7分钟─从进入火星大气层到着陆火星地表的时间。这是巨大的考验，欧洲太空总署（ESA）两次火星探测任务，都在这一步空亏一篑。如果着陆器减速过大，容易一头撞到火星上去。此外，高速运动的着陆器表面会产生摄氏一两千度的高温，降落时着陆器的迎风面跟一团火似的，全靠一块热遮蔽幕保护着陆器和里头的火星车。天问的着陆器有一个富弹性的缓冲支架，在降落过程中，会拖着着陆器来回缓冲，直至平稳落地。

火星表面精彩图片（点图放大）：

5）为什么要选择探测火星？

火星比地球小，赤道半径、平均直径约为地球的一半，体积在太阳系中列第七位，相当于地球的15%，质量约为地球的10.8%，表面重力加速度为地球的38%。火星是太阳系中与地球最相似的一颗行星。人类不断探索火星，提供了可能回答生命起源和演变问题的机会，更探索火星成为人类生存目的地的可能。

（综合报道）