青岛共青团|七月，宜上“火”

_本文原题：七月，宜上“火”
来源：微信公众号 “中国科普博览”（ID：kepubolan）
2020年7月23日，文昌卫星发射中心，长征五号运载火箭搭载“天问一号”探测器，点火升空，发往火星。

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图片：江程杰
早在上个世纪，美国就已经把人送上了月球，现在已经2020年了，只是送一个探测器去火星，很难吗？
答案是：难，而且很难！
为什么？给大家看两组数字。
第一组：50% 。
这是人类开始火星探测至今的60年里，火星探测大致的成功率。是不是觉得还可以，至少有一半成功了？
那么，看下对比：人类金星探测的成功率约77% ，月球探测的成功率约76% ，土星的泰坦卫星探测的成功率是100% ，相比之下，探测火星确实很难，火星也被称为“探测器坟场” 。

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第二组：5500万公里——4亿公里。
这是地球和火星之间的距离。最远的时候，火星离地球的距离超过了4亿公里。我们每晚抬头都能看到的月亮，月球距离地球有多远呢？答案是36.3万——40.5万千米，地火距离是地月距离的几百倍。

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即使我们巧妙地选择了发射窗口，能够最省时到达火星，天问一号也将孤身一人在太空中飞行近6个月。而且这已经是我们能达到的最快速度，如果换乘900km/h的客机，飞同样的路线起码需要四五十年。
天问一号不仅要孤身一人走过这段很长的路，还准备挑战“一次三连”——一口气搞定环绕、着陆、巡视，为我们带来更多对火星的认识。
那么，要完成难度这么高的任务，航天人和科学家一定是全程密切关注、坐在电脑旁，对天问一号下达各种指令，进行精密操作吧？
然而，受制于通讯，天问一号在深空的大多情况下是无法被远程协助的。
我们还是没办法实时操控奔赴火星的天问一号，主要还是因为地球到火星实在太远了，信号传输需要时间。
当地球与火星处于最大距离时，通信信号光速传输单程就需要22分钟！22分钟的延时是什么概念？想象一下这个场景——你开启了一把紧张刺激的实时竞技游戏，开局，你发出了“请求集合”的信息，你的队友们在22分钟后，收到了这条莫名其妙的信息并看了看他眼中呆若木鸡的你，看了看惨败的战绩，点击了“收到”并集体将你举报。
也就是说，天问一号大多时候必须独立作业。
可以这么理解，她初次上场，刚出地球这个新手村，便被告知“你已经是一个成熟的探测器了，要尽量独立解决前所未有的难题，我们已经把秘籍都传授给你，带着全村的希望，出发吧！”
那么，这个“被迫成熟”的探测器是如何决胜千万里之外，进星赶考，独当一面的呢？我们要结合着她的三个目标一起说：
目标一：火星环绕
顾名思义，就是一圈一圈环绕着火星并在过程中展开各项探测。

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火星探测器飞行效果图（图片来源：国家航天局）
想要进行环绕，就要先从地球到达目的地——火星轨道。这个难度相当于——从巴黎打一个高尔夫球，正好落到东京的某个球洞里。靠奇迹吗？不，靠科技——从地球飞抵这个轨道，探测器需要6至11个月的时间。
期间会受到太阳系内多个天体的引力扰动，还会受到太阳风、空间辐射的干扰，探测器会通过内置的陀螺仪、天文导航、多普勒导航等多个仪器来对自身的姿态与位置进行确认，同时与地面超算平台得到的轨道进行比对，进行调整。分页标题
而且，火星质量仅有地球的10.7% ，与地球相比非常轻，引力影响范围很小，所以，本来高速飞行的天问一号到了火星附近时，还必须及时刹车，准确滑入环绕火星轨道。这些动作不仅要一气呵成，还不能出一点差错，否则便是“星际迷航” ，且没有“回头路”可言。
目标二：火星着陆
经过2—3个月的环绕，有了环绕时的测绘积累，天问一号对着陆区将会有更多了解，按照计划，天问一号的轨道探测器和火星车、着陆平台会进行分离，轨道探测器留在火星轨道继续空中探测，火星车和着陆平台将执行惊心动魄的第二个目标——在“探测器坟场”下降并着陆。
这可谓跨过鬼门关。在这无法人工干预的短短八分钟之内，探测器需要先把速度从每秒4.8千米降为0 。火星着陆器需要隔热罩，需要配备减速降落伞进一步减速，同时，还需要反冲发动机联合工作。这个降落过程有超过1000个动作，全部靠探测器自主完成。
接下来，当距离地面100米时，它还要悬停。此刻，探测器相对地面的速度已经是0了，需要看一下地面有没有坑、有没有大的石头，对这些障碍物进行规避，找到一个相对安全的位置，保证顺利落地。
目标二的时间很短，大概有7到8分钟，但却是整个任务的关键和难度巅峰，人类一共有15次火星着陆任务成功进入了火星大气层，但只有8次任务成功着陆并顺利开展探测工作，近一半的考生在这一关卡“名落孙山” 。
目标三：火星巡视
火星车与着陆平台平稳降落后，将在火星上走走看看，开展科学探测。

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中国火星车概念图（图片来源：国家航天局）
“天问一号”有五大科学目标，主要涉及空间环境、表层环境、地下浅表层结构等研究，火星车上携带的6种载荷将对相关科学问题开展探测，比如大气环境测试仪，可以获取火星温度、风力等信息。
这些问题听起来很枯燥，但其实我们关心的那些问题——比如，火星上有生命吗？人类有可能移居火星吗？，都需要通过研究这些科学问题，才能回答。可以说，天问一号在火星走出的每一小步，都是中国深空探测的一大步。
如果要说探测火星的意义，我想引用中科院院士万卫星说过的话。
他说：“古往今来，人们世代思考?3?个最深邃的问题：我们从哪里来？我们向何处去？我们在宇宙中是否孤独？无论答案曾有过多少种，可以肯定的是，人们在地球上只能穷尽证据，却无法找到判据，因为“不识庐山真面目，只缘身在此山中” 。走出地球再回望，置身局外才能获得更有意义的全新视角。因此，深空探测承载的不仅仅是人类对宇宙和自身的好奇，还有寻求判据的希望。 ”
今天，天问一号踏了上漫漫征途，就在两个月前（5月20日），万卫星院士病逝，没能看到这一幕，但是天问一号仍然承载了他的殷切希望、承载了无数科研人员的汗水和泪水、承载着中华民族数千年的问天梦想、承载着我们最初的、无穷的想象和勇气，上路！出发！
出品：科普中国
制作：中国科普博览
监制：中国科学院计算机网络信息中心
【青岛共青团|七月，宜上“火”】编辑：姜红翠