行星探测|近期“扎堆”火星探测为哪般？

【行星探测|近期“扎堆”火星探测为哪般？】本月底，我们将迎来火星探测的“高光时刻” 。有三艘航天器计划在7月底至8月初的发射窗口被发射往火星，分别是预计于北京时间7月20日清晨发射的阿联酋“希望号”火星探测器，计划于7月下旬到8月上旬择机实施的中国首次火星探测任务“天问一号”，以及预计于7月30日发射的美国国家航空航天局(NASA)的“毅力”号火星车。

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NASA拍摄火星表面图片。(资料图)
——为何此时“扎堆”去火星？ ——省钱
从理论上来说，从地球到达火星的路线有很多种。但各国火星探测器“不约而同”选择在这个时间段发射，其实是出于节省燃料和推力的原因考虑，选择一条“最经济”的轨道完成任务。
简单来说，因为地球在绕太阳公转，火星也在绕太阳公转，而且它们两个轨道不同、速度不同，所以如果要从地球到火星要发射一个探测器，就必须在特定的时间内，也就是地球和火星都刚好处在合适的位置的时候发射才能最省燃料。而这样的“窗口期”大约每26个月才出现一次，有能力探测的国家都格外珍惜每一次发射窗口期，也因此出现了多个国家“扎堆”去火星的状况。

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图为2008年7月31日发布的“凤凰号”火星探测器在火星拍摄的全景照片。图片来源：视觉中国
——这次去火星想干嘛？ ——解谜、采样
有数据显示，自1960年以来，美国、苏联/俄罗斯、日本、欧洲和印度先后进行了近50次火星探测项目，探测任务涉及火星环境特征、火星地貌特征、火星内部结构等多个领域。本月底即将发射的三个探测器也各有其侧重方向：
阿联酋“希望号”火星探测器，是阿联酋首枚火星探测器，由阿联酋和美国合作研制。按计划，“希望号”升空后，将飞行近5亿公里，并于2021年2月抵达火星轨道。
届时，“希望号”将像气象卫星一样，绕火星做近赤道轨道运行，收集星球上不同区域在不同季节和不同时间的全天候气象数据等，帮助地球上的科学家更全面地了解和掌握火星的气候条件。这或许有助于解开一个关于火星的重要谜团：曾经和地球一样遍布江河湖海的火星，怎么变成现在这种干枯、荒芜的状态。

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长征五号火箭垂直转运至发射区，近期择机实施中国首次火星探测(行星探测工程“天问一号”任务) 。张高翔摄
中国的“天问一号”火星探测任务则将一次性完成“火星环绕、着陆和巡视探测”三大任务，此外还要完成5大科学目标，主要涉及空间环境、形貌特征、表层结构等研究。火星车还携带了大气环境测试仪，可以获取火星温度、风力等信息，届时大家将可直观地了解火星和地球环境的异同。
已经两度推迟发射日期的美国“毅力”号火星车将携首架火星直升机“机智”号一同前往火星，这将是NASA造访火星表面的第9个探测器。

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图为“毅力”号火星探测器效果图。
按计划，“毅力”号将于2021年2月18日在火星赤道以北的耶泽罗陨石坑登陆。其任务包括寻找可能在火星上存在过的生命迹象，探索火星的气候和地质特征，收集样本以备未来送回地球，为人类登陆和探索火星探路。
——为什么去的是火星？ ——像地球
在这轮发射窗口之前，人类已经对火星展开了一系列的探索。早在1960年，苏联就向火星先后发射了两枚探测器“火星1A”号和“火星1B”号，虽然“出师不利”，但依旧开启了人类对火星的探险之旅。进入21世纪后，随着空间技术的不断发展，美国和欧洲航天局相继成功发射了火星探测器，印度的首颗火星探测器也于2014年成功进入绕火星运行的轨道。继月球探测之后，火星成为人类探索太空的下一个“热门”目的地。分页标题

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2003年欧洲航天局(ESA)发射“火星快车号”卫星和“小猎犬2号”登陆器，这是该机构发射的第一火星探测器。
火星为什么能够从太阳系行星中脱颖而出，获得天文学家如此“青睐”？业余天文学家、果壳主笔虞骏介绍说，金星和火星是太阳系中距离地球最近的两颗行星，金星的位置甚至比火星离地球更近一些。人类进入航天时代之初，苏联和美国曾向金星发射了多个探测器，结果发现金星表面高达465～485℃，大气层厚，气压接近地球的一百倍，连机器都没有办法开展长时间考察，因而科学家们的目光转移到另外一颗离地球近的行星——火星。

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2015年9月28日，在美国首都华盛顿，这张由美国航天局和亚利桑那大学联合发布的图片显示，火星山丘上的“季节性斜坡纹线”是火星表面有液态水的有力证据。
火星的环境相对地球虽然恶劣，但是没有恶劣到完全没有希望的地步，并且在一定程度上与地球相似。比如，火星自转一圈耗时24小时37分左右，所以火星上一天的时间和地球上是差不多的；和地球一样，火星也是倾斜着绕太阳公转，所以在火星上也有一年四季的交替。只不过由于火星的公转速度比地球慢上了一倍，所以火星上的一年大约是地球上的两年；另外之前的探测结果发现，火星历史上曾经出现过类似于地球的温暖潮湿的环境，在很长的一段时间里，火星表面甚至存在大面积的海洋。

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2019年4月6日，SEIS地震仪捕捉到了一个波动信号，科研团队确信这种微弱的隆隆声不是来自风等其他外力，而是来自火星内部，大致相当于2.5级地震。
正是这些与地球相似的环境因素，让人们将火星视作除地球外有可能孕育生命的星球之一，也被认为是未来人类最有可能移居的行星，这些都吸引着有能力的国家去探索这颗红色星球。
——登陆火星难吗？ ——比登陆月球难
在科幻电影《火星救援》的情节中，由于火星上的一场沙尘暴，宇航员兼植物学家马克与团队失联，被困在了火星上自救求生。而在现实中，人类探索火星的历程也充满了艰难险阻。有数据显示，自1960年以来，人类的火星探测项目完全成功率仅有43%，其余的项目都出现探测器撞毁、失灵或失踪等状况。

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2月26日消息，当地时间24日，美国研究人员公布火星震动数据，称“洞察号”着陆器已经检测到火星数百次震动，认为这颗红色星球十分“活跃”，是一颗"活“星体。
虞骏分析说，任何航天探索项目都充满了难关。火星探测首先需要推力足够大的火箭，将探测器、火星车等一并送至地火转移轨道，有了这个先决条件，才能开启探测任务；
“打得动，还要打得准。”虞骏指出，火箭从地球发射出去后，要确保它在太空里飞向火星。“太空里其实非常空旷，也不像地球上有很多导航系统，因此地面上必须需要有配套的测控系统，确保探测器能够沿着正确轨道飞到火星。”
沿着这条轨道靠近火星之后，探测器还必须变轨减速切入火星轨道，探测器切入火星轨道的时间点和速度，都必须十分精确，稍有闪失就会导致失败。
“当然最难的一点，是着陆。”虞骏说，“我们都看过嫦娥三号、嫦娥四号在月球表面着陆，但着陆火星的难度要比着陆月球还要大。”
具体分析来看，一是火星有大气层，火星着陆时探测器多了一个进入大气层和打开降落伞的环节；但它的大气层又太稀薄，密度只有地球大气层的1%，单纯打开降落伞减不了足够的速度，还必须有其他的进一步减速的手段，因此着陆火星的流程要更复杂。分页标题
另外，探测器从进入大气层开始要着陆，到最后落在火星表面，大概需要8分钟时间，而由于火星距离地球十分遥远，从地球发送到火星的无线电信号，单程延时约为16分钟，甚至更久，因此着陆时开伞减速、悬停避障、关机等所有步骤都必须依靠探测器自身完成。在这个过程当中，不管发生任何异常，身在地球的我们都鞭长莫及。
“我们要客观看待火星探测任务的难度，迄今为止，人类的火星探测项目完全成功率还不到50% 。”虞骏说，“但我们更要看到，60年来人类从未停止对火星的探险脚步，这也是人类探索精神的最佳写照。”