天问一号还要迈过几道关？火星探测难在哪？

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" 我们选择软着陆的地区正好是个平原，叫乌托邦平原。地质学家说，这里很可能是一个古海洋所在地。"
10 月 28 日，天问一号探测器顺利完成第 3 次轨道中途修正。在飞向火星的途中，天问一号为何要进行轨道中途修正？火星探测的难点在哪儿？距离成功降落火星，天问一号还要迈过几道关？
中国新闻社、" 中国的航天 " 联合邀请了国家航天局探月与航天工程中心副主任、中国首次火星探测任务新闻发言人刘彤杰接受 " 中国焦点面对面 " 专访，对天问一号任务进行权威解读。
访谈实录摘编如下：
中新社记者：10 月 28 日天问一号顺利完成了第 3 次轨道中途修正，能否给我们解释一下什么是轨道中途修正？在飞向火星的途中，为什么要进行轨道中途修正？
刘彤杰：在火箭发射探测器时，探测器会有入轨偏差，在飞行控制过程中还会产生飞行控制偏差。这两个偏差如果日积月累起来，就会在空间上或时间上偏离和火星交汇的那一点。空间上，即轨道面上，如果和火星的位置没在一个面上，它就会飞离火星，不会被火星引力捕获。时间上，天问一号如果错过与火星交会的时间节点，也会擦肩而过，因此需要轨道中途修正。轨道中途修正的另外一个作用是检测一下探测器上的发动机，让它工作一下，避免在太空中不工作的状态过长。
中新社记者：在第 3 次轨道中途修正之后，天问一号将会在当前的轨道飞行约 4 个月与火星交会。如果要成功着陆火星，天问一号还要迈过几道关？
刘彤杰：从 7 月 23 日发射，到现在已经飞了 3 个月左右，后续还要再飞将近 4 个月。从发射到火星引力捕获需要将近 7 个月时间，后续要经历至少三道关口才能圆满实现探测。
第一道难关，就是在火星引力范围之内近火捕获。既要让火星捕获非常精准，让探测器在火星引力范围之内进行制动，速度不要过大；又可以环绕起来，避免探测器飞出去或撞上火星。
第二道难关，在火星轨道上环绕 2 至 3 个月之后还要寻找一个非常好的小窗口，让它进入到火星大气。火星是有大气的，其大气的密度是地球大气的 1% 左右。它在减速过程中有大气减速、气动减速、降落伞减速，还有反推发动机减速，最后靠着陆腿着陆在火星表面，吸收撞击的能量，这个过程非常难。就像空间（返回）舱进入地球一样，它在大气减速的过程中会有 8 分钟左右的黑障（通信中断），其进入速度相当高，通信无法获得信号。由于距离相当远，从火星回传到地球控制地面站也有很大时延，不可能实现实时控制。所以，进入 / 减速 / 软着陆这个过程是靠（天问一号）自主完成一系列动作，不是靠地面控制。
第三道难关，软着陆在火星表面，工作还不算做完，还要把火星车释放到火星表面上，让它走起来并开展探测。火星车上 6 个科学仪器要发挥作用，难度也很大，因为我们对火星表面的环境认知还相当少。如果软着陆在火星表面上，落得不够平坦或姿势不够正，火星车怎么开下来呢？可以从轨道的前面下，也可以从后边下，就看当时落下去的姿态、地形等情况。
要圆满地完成火星探测任务，这三道难关是一定要闯过的。
中新社记者：正如您所说，天问一号还要迈过三道难关才能成功着陆火星，这也恰好说明了火星探测的不容易。事实上，人类历史上曾经进行过 40 多次火星探测，但是成功率不足 50%。您能否给我们解释一下火星探测的难点到底在哪儿？
刘彤杰：火星探测从上世纪 60 年代就已开始，那个时期由于对火星的认知还比较少，航天技术又在初创起步阶段，因此刚开始失败略多一些，但后来的失败和火星探测技术难度大有很大关系。比如，要有庞大的运载火箭把探测器运送到轨道上，让它能够环绕火星探测，甚至软着陆在火星表面。
火箭（方面）我们现在有长征五号火箭，这是第一步——实现大火箭的研制。我们历经多年攻克了很多技术难关。第二步，在设计探测器时还有发射窗口的问题。因为火星、地球离得近，每 26 个月才有一次机会，每一次机会有半个月到一个月左右的时间，而每天火箭发射探测器有 30 分钟左右的发射机会，这就是发射窗口。发射窗口非常局限，这就是它的又一大难度。
另外，火星最远距地球有 4 亿公里，大家都知道月亮距地球最远距离只有 40 万公里。这就使得深空测控通信上有延迟。当地球和火星距离达到 4 亿公里时，时延可达到 20 多分钟，从（地球）这边发个指令，火星上收到时已经过去 20 多分钟。这就带来一个问题，探测器自主探测能力一定要强，这是它另外一个难度。
还有一个难度是近火捕获，让火星把探测器捕获。另外，进入、减速和软着陆于火星表面的过程也非常难，这就是火星探测几大难点。
中新社记者：到明年 5 月份，天问一号预计将会在火星着陆，天问一号将会选择在火星的哪个区域着陆呢？
刘彤杰：现在选择的地点是在火星北半球，国际上有着陆计划的火星探测任务，大多数选择在火星北半球。因为南半球全是山地，更加坑洼不平，北半球有平原。我们选择软着陆的地区正好是个平原，叫乌托邦平原，（着陆地点）在乌托邦平原南部。地质学家说这里很可能是一个古海洋所在地。
在古海洋和古陆地交界处，科学家认为该地有很高的科学价值，很有可能会取得意想不到的科学成果，这就是选择这个地方来进行软着陆、巡视探测的原因。
中新社记者：成功降落在乌托邦平原之后，天问一号会开展哪些科研探测任务？
刘彤杰：着陆在火星表面后，火星车即巡视器会开展科研探测。火星车上有 6 台仪器。比如，导航地形相机是两个功能复用，既可以给火星车导航，又可以看前面的地形地貌，从视觉上让科学家了解到前面是不是有更多探测价值。
（火星车上的）次表层雷达，可以探测浅层结构。火星表面气象测量仪可以测气温、气压、风速、风向。火星表面有大气，月球表面上没大气，（因此火星探测器和月球探测器的）仪器也不同。火星车还可以测磁场、表面物质成分，这都是科学家关心的内容。
环绕器上有中分辨率相机、高分辨率相机，对火星的表面形貌进行探测。环绕器上还有磁强计、矿物光谱分析仪、离子与中性粒子探测和能量粒子探测器。如果科学数据获取足够多，相信一定会产生有影响力的成果。
中新社记者：我们也预祝中国的火星探测能够取得好的成果。今年阿联酋、中国和美国先后发射了三个火星探测器，掀开了人类火星探测新的篇章。这三个国家的火星探测计划有什么异同？侧重点分别在哪里？
刘彤杰：正是因为有发射窗口，所以这三个国家集中在今年 7 月份实施发射。其实之前还有欧空局和俄罗斯合作的 ExoMars（火星探测）项目，但他们因为技术原因推迟了。
这三个探测器各有特点，阿联酋的 " 希望号 " 是一个环绕探测器，相当于火星的环绕卫星，它着重对火星大气进行探测研究。美国的 " 毅力号 " 是一个巡视器，相当于火星车，它是用悬吊的方式把火星车落在火星表面上。我们既有环绕火星的环绕器，还有（着陆于火星表面上的）火星车巡视探测，天地结合起来探测。但是三个任务各有千秋，毕竟每个国家的技术路线是不一样的。
中新社记者：您刚才提到天问一号任务将会通过一次任务完成 " 绕、着、巡 " 三大目标，这在全球应该还是第一次，如果任务能够成功，对中国航天来说意味着什么？
刘彤杰：首先我觉得开展深空探测、行星探测工程是人类探索精神的体现。如果我们首次火星探测任务圆满成功，这说明中国人在这方面有了长足进步，为人类和平利用太空作出更多贡献。比如，我们有能力探测包括火星在内的太阳系行星，有能力开展相关科研工作，取得一些原创成果；对太阳系演化、地球演化能得出进一步科学成果，其实也是为人类在地球生存提供更多知识。这是技术和伦理层面的作用。
这么难的科技工程，如果我们都能完成得很好，可以激发青少年对科学的热情，投身到国家建设中去，大家既可以仰望星空，又脚踏实地开展工作，激发大家的探测热情，尤其是年轻人。所以我们愿意到高校和中学去给他们做一些工程介绍。对老百姓来说，航天还是一个比较神秘的领域。
对我们而言，这就是我们的工作，只不过这个工作大家接触相对少一些，我们有责任让更多人了解到其中的过程、知识和精神，这样就可以为人类和平利用太空作更多贡献。无论从科技角度上，还是人才培养上，还是世界观的培养建立上都是有很大作用的。
中新社记者：中国行星探测的第一站选择了火星，我们为什么要进行火星探测？
刘彤杰：为什么选火星探测？（这是因为）火星是类地行星，和地球环境有很多相似之处，国际上也选择火星作为探测重点。我们对火星也有很大的关注度，因此选择火星来探测。火星作为类地行星，有大气，表面也有形貌，我们来看看它的演化是不是地球演化的未来。
火星很可能以前存在过生命，但是现在它大气稀薄了，生命也不存在了。人类如果无限度地对地球开发破坏，地球会不会有朝一日也会发展成火星，这是科学家们提出过的问题。我们对火星有很大的好奇心，对探测火星也寄予很大希望，这是探测火星的主要原因。
中新社记者：天问一号迈出了中国行星探测的第一步，未来中国在深空探测领域还有哪些计划和安排呢？
刘彤杰：行星探测计划规划了 4 次任务，首次火星探测天问一号任务是第一次，已经发射实施了，目前其他任务正在论证中。第二次规划的是小行星探测任务，预计在 2024 年前后实施。此后还会有火星采样返回任务，这是在 2030 年前后。在 2030 年前后还有一次木星系及行星际穿越探测，即探测完木星和木卫 4 之后还要飞往更远的深空。
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中新社 " 中国焦点面对面 " 专访中国国家航天局探月与航天工程中心副主任、中国首次火星探测任务新闻发言人刘彤杰 视频来源：中新视频
来源：中国新闻网作者：郭超凯
栏目主编：顾万全 张武 本文作者：中国新闻社 文字编辑：卢晓川