中國焦點面對面：天問一號“探火”還要邁過幾道關(guān)？火星探測難在哪兒？
(中國焦點面對面)天問一號“探火”還要邁過幾道關(guān)？火星探測難在哪兒？
中新社北京10月29日電 題：天問一號“探火”還要邁過幾道關(guān)？火星探測難在哪兒？
——專訪中國國家航天局探月與航天工程中心副主任劉彤杰
作者 郭超凱
10月28日，天問一號探測器順利完成第3次軌道中途修正。在飛向火星的途中，天問一號為何要進(jìn)行軌道中途修正？火星探測的難點在哪？距離成功降落火星，天問一號還要邁過幾道關(guān)？
中國國家航天局探月與航天工程中心副主任、中國首次火星探測任務(wù)新聞發(fā)言人劉彤杰近日接受中新社“中國焦點面對面”專訪，對天問一號任務(wù)進(jìn)行權(quán)威解讀。
訪談實錄摘編如下：
中新社記者：10月28日天問一號順利完成了第3次軌道中途修正，能否給我們解釋一下什么是軌道中途修正？在飛向火星的途中，為什么要進(jìn)行軌道中途修正？
劉彤杰：在火箭發(fā)射探測器時，探測器會有入軌偏差，在飛行控制過程中還會產(chǎn)生飛行控制偏差。這兩個偏差如果日積月累起來，就會在空間上或時間上偏離和火星交匯的那一點?？臻g上，即軌道面上，如果和火星的位置沒在一個面上，它就會飛離火星，不會被火星引力捕獲。時間上，天問一號如果錯過與火星交會的時間節(jié)點，也會擦肩而過，因此需要軌道中途修正。軌道中途修正的另外一個作用是檢測一下探測器上的發(fā)動機(jī)，讓它工作一下，避免在太空中不工作的狀態(tài)過長。
中新社記者：在第3次軌道中途修正之后，天問一號將會在當(dāng)前的軌道飛行約4個月與火星交會。如果要成功著陸火星，天問一號還要邁過幾道關(guān)？
劉彤杰：從7月23日發(fā)射，到現(xiàn)在已經(jīng)飛了3個月左右，后續(xù)還要再飛將近4個月。從發(fā)射到火星引力捕獲需要將近7個月時間，后續(xù)要經(jīng)歷至少三道關(guān)口才能圓滿實現(xiàn)探測。
第一道難關(guān)，就是在火星引力范圍之內(nèi)近火捕獲。既要讓火星捕獲非常精準(zhǔn)，讓探測器在火星引力范圍之內(nèi)進(jìn)行制動，速度不要過大；又可以環(huán)繞起來，避免探測器飛出去或撞上火星。
第二道難關(guān)，在火星軌道上環(huán)繞2至3個月之后還要尋找一個非常好的小窗口，讓它進(jìn)入到火星大氣?；鹦鞘怯写髿獾?，其大氣的密度是地球大氣的1%左右。它在減速過程中有大氣減速、氣動減速、降落傘減速，還有反推發(fā)動機(jī)減速，最后靠著陸腿著陸在火星表面，吸收撞擊的能量，這個過程非常難。就像空間(返回)艙進(jìn)入地球一樣，它在大氣減速的過程中會有8分鐘左右的黑障(通信中斷)，其進(jìn)入速度相當(dāng)高，通信無法獲得信號。由于距離相當(dāng)遠(yuǎn)，從火星回傳到地球控制地面站也有很大時延，不可能實現(xiàn)實時控制。所以，進(jìn)入/減速/軟著陸這個過程是靠(天問一號)自主完成一系列動作，不是靠地面控制。
第三道難關(guān)，軟著陸在火星表面，工作還不算做完，還要把火星車釋放到火星表面上，讓它走起來并開展探測?；鹦擒嚿?個科學(xué)儀器要發(fā)揮作用，難度也很大，因為我們對火星表面的環(huán)境認(rèn)知還相當(dāng)少。如果軟著陸在火星表面上，落得不夠平坦或姿勢不夠正，火星車怎么開下來呢？可以從軌道的前面下，也可以從后邊下，就看當(dāng)時落下去的姿態(tài)、地形等情況。
要圓滿地完成火星探測任務(wù)，這三道難關(guān)是一定要闖過的。
中新社記者：正如您所說，天問一號還要邁過三道難關(guān)才能成功著陸火星，這也恰好說明了火星探測的不容易。事實上，人類歷史上曾經(jīng)進(jìn)行過40多次火星探測，但是成功率不足50%。您能否給我們解釋一下火星探測的難點到底在哪兒？
劉彤杰：火星探測從上世紀(jì)60年代就已開始，那個時期由于對火星的認(rèn)知還比較少，航天技術(shù)又在初創(chuàng)起步階段，因此剛開始失敗略多一些，但后來的失敗和火星探測技術(shù)難度大有很大關(guān)系。比如，要有龐大的運載火箭把探測器運送到軌道上，讓它能夠環(huán)繞火星探測，甚至軟著陸在火星表面。
火箭(方面)我們現(xiàn)在有長征五號火箭，這是第一步——實現(xiàn)大火箭的研制。我們歷經(jīng)多年攻克了很多技術(shù)難關(guān)。第二步，在設(shè)計探測器時還有發(fā)射窗口的問題。因為火星、地球離得近，每26個月才有一次機(jī)會，每一次機(jī)會有半個月到一個月左右的時間，而每天火箭發(fā)射探測器有30分鐘左右的發(fā)射機(jī)會，這就是發(fā)射窗口。發(fā)射窗口非常局限，這就是它的又一大難度。
另外，火星最遠(yuǎn)距地球有4億公里，大家都知道月亮距地球最遠(yuǎn)距離只有40萬公里。這就使得深空測控通信上有延遲。當(dāng)?shù)厍蚝突鹦蔷嚯x達(dá)到4億公里時，時延可達(dá)到20多分鐘，從(地球)這邊發(fā)個指令，火星上收到時已經(jīng)過去20多分鐘。這就帶來一個問題，探測器自主探測能力一定要強(qiáng)，這是它另外一個難度。
還有一個難度是近火捕獲，讓火星把探測器捕獲。另外，進(jìn)入、減速和軟著陸于火星表面的過程也非常難，這就是火星探測幾大難點。
中新社記者：到明年5月份，天問一號預(yù)計將會在火星著陸，天問一號將會選擇在火星的哪個區(qū)域著陸呢？
劉彤杰：現(xiàn)在選擇的地點是在火星北半球，國際上有著陸計劃的火星探測任務(wù)，大多數(shù)選擇在火星北半球。因為南半球全是山地，更加坑洼不平，北半球有平原。我們選擇軟著陸的地區(qū)正好是個平原，叫烏托邦平原，(著陸地點)在烏托邦平原南部。地質(zhì)學(xué)家說這里很可能是一個古海洋所在地。
在古海洋和古陸地交界處，科學(xué)家認(rèn)為該地有很高的科學(xué)價值，很有可能會取得意想不到的科學(xué)成果，這就是選擇這個地方來進(jìn)行軟著陸、巡視探測的原因。
中新社記者：成功降落在烏托邦平原之后，天問一號會開展哪些科研探測任務(wù)？
劉彤杰：著陸在火星表面后，火星車即巡視器會開展科研探測?；鹦擒嚿嫌?臺儀器。比如，導(dǎo)航地形相機(jī)是兩個功能復(fù)用，既可以給火星車導(dǎo)航，又可以看前面的地形地貌，從視覺上讓科學(xué)家了解到前面是不是有更多探測價值。
(火星車上的)次表層雷達(dá)，可以探測淺層結(jié)構(gòu)?；鹦潜砻鏆庀鬁y量儀可以測氣溫、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向?；鹦潜砻嬗写髿猓虑虮砻嫔蠜]大氣，(因此火星探測器和月球探測器的)儀器也不同?；鹦擒囘€可以測磁場、表面物質(zhì)成分，這都是科學(xué)家關(guān)心的內(nèi)容。
環(huán)繞器上有中分辨率相機(jī)、高分辨率相機(jī)，對火星的表面形貌進(jìn)行探測。環(huán)繞器上還有磁強(qiáng)計、礦物光譜分析儀、離子與中性粒子探測和能量粒子探測器。如果科學(xué)數(shù)據(jù)獲取足夠多，相信一定會產(chǎn)生有影響力的成果。
中新社記者：我們也預(yù)祝中國的火星探測能夠取得好的成果。今年阿聯(lián)酋、中國和美國先后發(fā)射了三個火星探測器，掀開了人類火星探測新的篇章。這三個國家的火星探測計劃有什么異同？側(cè)重點分別在哪里？
劉彤杰：正是因為有發(fā)射窗口，所以這三個國家集中在今年7月份實施發(fā)射。其實之前還有歐空局和俄羅斯合作的ExoMars(火星探測)項目，但他們因為技術(shù)原因推遲了。
這三個探測器各有特點，阿聯(lián)酋的“希望號”是一個環(huán)繞探測器，相當(dāng)于火星的環(huán)繞衛(wèi)星，它著重對火星大氣進(jìn)行探測研究。美國的“毅力號”是一個巡視器，相當(dāng)于火星車，它是用懸吊的方式把火星車落在火星表面上。我們既有環(huán)繞火星的環(huán)繞器，還有(著陸于火星表面上的)火星車巡視探測，天地結(jié)合起來探測。但是三個任務(wù)各有千秋，畢竟每個國家的技術(shù)路線是不一樣的。
中新社記者：您剛才提到天問一號任務(wù)將會通過一次任務(wù)完成“繞、著、巡”三大目標(biāo)，這在全球應(yīng)該還是第一次，如果任務(wù)能夠成功，對中國航天來說意味著什么？
劉彤杰：首先我覺得開展深空探測、行星探測工程是人類探索精神的體現(xiàn)。如果我們首次火星探測任務(wù)圓滿成功，這說明中國人在這方面有了長足進(jìn)步，為人類和平利用太空作出更多貢獻(xiàn)。比如，我們有能力探測包括火星在內(nèi)的太陽系行星，有能力開展相關(guān)科研工作，取得一些原創(chuàng)成果；對太陽系演化、地球演化能得出進(jìn)一步科學(xué)成果，其實也是為人類在地球生存提供更多知識。這是技術(shù)和倫理層面的作用。
這么難的科技工程，如果我們都能完成得很好，可以激發(fā)青少年對科學(xué)的熱情，投身到國家建設(shè)中去，大家既可以仰望星空，又腳踏實地開展工作，激發(fā)大家的探測熱情，尤其是年輕人。所以我們愿意到高校和中學(xué)去給他們做一些工程介紹。對老百姓來說，航天還是一個比較神秘的領(lǐng)域。
對我們而言，這就是我們的工作，只不過這個工作大家接觸相對少一些，我們有責(zé)任讓更多人了解到其中的過程、知識和精神，這樣就可以為人類和平利用太空作更多貢獻(xiàn)。無論從科技角度上，還是人才培養(yǎng)上，還是世界觀的培養(yǎng)建立上都是有很大作用的。
中新社記者：中國行星探測的第一站選擇了火星，我們?yōu)槭裁匆M(jìn)行火星探測？
劉彤杰：為什么選火星探測？(這是因為)火星是類地行星，和地球環(huán)境有很多相似之處，國際上也選擇火星作為探測重點。我們對火星也有很大的關(guān)注度，因此選擇火星來探測?；鹦亲鳛轭惖匦行牵写髿?，表面也有形貌，我們來看看它的演化是不是地球演化的未來。
火星很可能以前存在過生命，但是現(xiàn)在它大氣稀薄了，生命也不存在了。人類如果無限度地對地球開發(fā)破壞，地球會不會有朝一日也會發(fā)展成火星，這是科學(xué)家們提出過的問題。我們對火星有很大的好奇心，對探測火星也寄予很大希望，這是探測火星的主要原因。
中新社記者：天問一號邁出了中國行星探測的第一步，未來中國在深空探測領(lǐng)域還有哪些計劃和安排呢？
劉彤杰：行星探測計劃規(guī)劃了4次任務(wù)，首次火星探測天問一號任務(wù)是第一次，已經(jīng)發(fā)射實施了，目前其他任務(wù)正在論證中。第二次規(guī)劃的是小行星探測任務(wù)，預(yù)計在2024年前后實施。此后還會有火星采樣返回任務(wù)，這是在2030年前后。在2030年前后還有一次木星系及行星際穿越探測，即探測完木星和木衛(wèi)4之后還要飛往更遠(yuǎn)的深空。(完)
