观火：天问一号任务立项往事

来源：中国航天报　　人类对火星的观测任务相似半数都告终了，幸存者们则带着满腹奇怪，拍到了熔岩平原、沙丘之海、环形山和优美的峡谷，甚至找到了古老星球水源遗留的痕迹。　　微观与宏观，往往包含人类理解世界的两个极端。如今，人类针对火星积极开展的观测活动企图将两个极端融合一起——在宇宙中找寻生命的起源。火星，这颗人类孜孜以求探寻了60年的红色星球，于是以一点点地被揭露谜样面纱。

人类了解宇宙，了解生命的边界也在大大拓展。　　如今，中国也抵达了。中国火星探测器试验队　　火星狂想曲　　夜观天象的中国古人找到火星状如红色萤火，亮度常有逆，令人欺骗，欲称之为其为“星象”。“荧荧火光，离离乱妄”。

无法摸清其运营规律的古人，还将火星在象征物帝王的心宿二附近游走时红光满天的天象视为大凶之兆。　　在西方，火星某种程度转入各式神话与想象之中，被视为“战神”的象征物。仍然到近代，由天文望远镜和天文爱好者一起创下的“火星运河”概念，还一度在西方引发人们对这颗红色星球的炙热狂想。

　　二十世纪，低倍数望远镜和光谱分析等技术手段的经常出现，新一轮的火星狂想曲开始了。后来利用飞速发展的航天技术，人们甚至将探测器送往红色星球的海面，有的甚至与它亲近认识。

火星，这颗与地球最近也相距5500万公里的地外行星，再一仍然被文学想象所独霸，开始步入现代科学的探寻范畴。　　火星仍然以来都是人类深空观测的热点。从20世纪60年代开始，人类共计实行了45次火星观测任务（不含不久前刚刚升空的阿联酋“期望号”任务）。

“可以说道，除月球之外，火星是最不受注目的天体。”中国首次火星观测工程副总设计师兼任地面应用于系统总指挥李春来说道。

　　现代科学研究找到，在太阳系的八大行星中，火星与地球尤为相近，两者角速度周期相近，一个火星日约是24小时39分钟；而且火星和地球一样有四季更替。火星的质量和体积大于地球，它的半径大约为地球的1/2、体积大约为地球的1/7。

火星内部能量更加慢散佚，早地转入了衰老期，为地球展出了一个原始的进化历史。科学家指出，这对了解地球的过去、现在和未来，具有不能替代的起到。

　　随着火星的谜样面纱渐渐被推到，人类也被带进了另外一重基于科学观测的想象——火星上否有生命不存在？带着疑惑，在火星上找寻生命的遗迹，沦为火星观测中最激动人心的目的之一。　　老年星球的水之谜　　找寻有可能的生命，水毫无疑问是一条最重要的线索。

水是生命赖以生存的最基本条件，是包含生物体的主要成分。我们生活在一个71%由海洋覆盖面积的蓝色星球，那红色暗淡的火星呢？火星　　30多亿年以来，火星表面仍然处在与现代火星环境相近的严寒和旱季的状态，表面不不存在液态水，实际观测也证实了这一点。

但是，在火星次表层否不存在地下水？地下水系统能保持多长时间？为了问这些问题，人类升空火星探测器，利用各种遥感技术对火星展开全方位的观测：二是利用高精度和低空间辨别的现代分析技术，在实验室对火星样品（即火星陨石）展开分析测试。　　大量观测结果表明，大约35亿年之前，火星有过一段寒冷湿润的时期，曾有河流、湖泊和海洋。主要证据之一是河流冲刷构成的地形地貌。对火星表面化学构成和矿物构成的探查，更进一步证实液态水的不存在，其中还包括岩石在水的起到下再次发生风化构成的粘土矿物，以及湖泊冷却溶解出来的盐类矿物。

美国“奇怪号”火星车对着陆区的Cale碰撞盆地的详尽调查，曾证明那里以前是湖泊。科幻电影《火星救援》中，美国宇航员马克·沃特尼被逗留火星　　火星在最暗淡的时候如同一颗火球，只不过温度极低，相似于地球的南极。呈现出红色的原因，是因为火星的土壤含有氧化铁，就像土地生了锈。

这是风与水双重侵蚀作用的结果，由此也证明火星曾多次不存在过大量的水和大气。　　一项项科学成果的经常出现，加剧了人类对火星的了解：火星曾有充足的内部热能、地质构造活动反感、岩浆—火山作用活跃，构成了太阳系最低的火山山峰——奥林帕斯山和太阳系最久的峡谷——水手大峡谷；火星曾有比现在茂密得多的大气层，表面不存在过液态水，火星表面观测到干枯的水系、湖泊和海洋盆地，有过适合生命后代的环境，并有可能孕育出过生命；火星不存在小天体碰撞构成的极大撞击坑和洪水冲刷的痕迹。

对火星电离层的观测还找到，由于缺乏偶极磁场维护，在太阳风粒子的炮击下，火星上的氢离子与氧离子以2：1的比例逃离现场，说明了另一部分水的遗失之谜。　　如今火星早已是一颗老年期的行星，人类对它的观测成果，有效地增进了对太阳系起源与进化、地外生命信息探索、较为行星习等深空观测根本性科学问题的研究，并唤起了了解观测火星甚至载人观测的热情。

　　“中国也渴求重新加入到观测队伍中来。观测和研究火星，最后目的是为地球和人类社会的可持续发展服务。”中国首次火星观测任务工程探测器系统总设计师孙泽洲说道。　　中国深空观测的起点　　在“嫦娥一号”任务获得圆满成功后，中国也在谋划深空观测先前发展，火星迅速转入视野。

孙家栋、叶培建等院士就建议要守住先机，启动探火任务。2010年8月，8位院士公开信向国家建议：积极开展月球以近深空观测的综合论证。国家国防科工局立刻的组织专家组积极开展发展规划和实施方案论证。

火星观测，沦为中国深空观测的起点和重点。　　另一方面，中国还以国际交流合作的形式，尝试“下车”去火星。

2011年11月8日，由航天科技集团八院509所研制的“萤火一号”探测器和俄罗斯的“福布斯-土壤”探测器一起乘坐俄罗斯运载火箭降落，“萤火”来源于“星象”谐音。　　但“福布斯-土壤”探测器没能按计划变轨，随后欧空局方面宣告退出提供探测器信号的尝试，任务以告终收场。

　　“萤火一号”出现意外之后，中国决意自律积极开展火星观测任务。有专家总结，中国要想要构建自律深空观测，除了探测器这个“主角”，还要解决问题运载火箭发动机过于的问题，并织起更加强劲的深空观测网。　　探测器系统副总指挥李振才回想，“2013年3月，航天科技集团的专家明确提出‘我们自己上火星’，一步构建环绕着、降落、视察观测的目标。

”2014年9月，国防科工局探月与航天工程中心开会首次火星观测任务先期启动不会，具体了要环绕探测器这条主线，启动先期研制工作。航天科技集团五院立刻正式成立型号研制队伍，从2014年10月开始“出钱”，先动了一起。那时，一些最重要的试验确保设施还不齐全。

　　在对实施方案经过三轮递归和深化后，中国首次火星观测任务（行星观测工程天问一号任务）于2016年1月批准后立项，把目标订为：在国际上首次通过一次升空任务，构建火星环绕着、降落、视察观测，沦为世界上第二个独立国家掌控火星降落视察观测技术的国家。　　当时我国已顺利已完成数次月球观测任务，为探火任务奠定了的基础。探火任务由工程总体和探测器、运载火箭、发射场、测控、地面应用于5大系统构成。

工程目标为：突破火星制动器捕捉、转入/上升/降落、长年自主管理、远距离测控通信、火星表面视察等关键技术，构建火星环绕着观测和视察观测，提供火星观测科学数据。　　通过这一任务的实行，推展我国深空观测活动可持续发展。科学目标则是通过环绕着火星观测和火星表面视察观测，研究火星形貌与地质构造特征；研究火星表面土壤特征与水冰产于；研究火星表面物质构成；研究火星大气电离层及表面气候与环境特征；研究火星物理场与内部结构。

　　五大系统所在之处，“天问一号”启程　　中国深空观测“领路人”之一的叶培建院士，总结自己在参予东方红一号的年代，显然不肯想象有生之年还能看见中国迈进火星。他赋诗曰“红色星球回头一回，四亿征程只等闲”。天问一号火星车示意图　　2016年~2018年，探测器的初样研制工作历时两年，做到了800多个专项试验。

2018年9月，探测器转至正样研制阶段；2020年3月，探测器成功通过出厂评审，4月初运往文昌航天发射场。　　探测器系统总指挥赫荣伟回应，在将近4年的时间内，探测器已完成研制检验、出厂，这是所有参研单位的工程师、科学家辛勤劳动所得的，大家建构了中国航天同类型号的研制记录。探测器的参研单位多达600余家，多线分段，多地三路；各阶段总装、测试及大型试验牵涉到大量的协商管理和资源确保工作；光软件规模就低约155万行代码……　　“我们起步晚了，但三个目标一次任务已完成，起点很高；我们的成果远比快了，但从工程立项到产品出厂这么慢，是你们的光荣和自豪，更加要爱护这次机会。

”叶培建对火星探测器研制团队道出肺腑之言。　　“而且，中国火星观测没反复其他国家的老路”，今年两会期间，全国政协委员、航天科技集团五院党委书记赵小津回应，一次升空构建三大目标，这是其他国家火星观测任务从没过的，面对的挑战也是前所未有的。中国火星着陆器滑翔避障试验　　去年11月14日，中国火星观测任务首次公开发表亮相。

当天，中国国家航天局邀部分外国驻华使馆及国际的组织人员，回国河北宣化参访着陆器滑翔避障试验。安全性降落是火星观测任务最艰难的挑战之一。因为现在的火星是一个旱季、严寒的世界，大气平流层，尘暴侵袭，试验目的检验探测器安全性降落火星的“本领”。

长征五号遥四运载火箭　　据火箭系统总设计师李东讲解，在此次火星观测任务中，不具备5吨地火移往轨道装载能力的长征五号火箭，第一次超过并多达第二宇宙速度，将探测器送来上通向红色星球的“长途高速公路”。　　在深空观测的漫长旅途上，信号十分黯淡，如果接管将近信号，就无法对探测器的运营状态作出辨别和调整。北京航天飞行中控制中心专家麻永平也回应，之前中国还没超过观测火星的测控拒绝，先前规划中要建大口径天线，渐渐不具备火星观测、测控的能力。

　　为圆满完成这次观测任务，测控系统基于现有航天测控网和深空观测网（还包括北京航天飞行中控制中心、佳木斯测控站、喀什测控站、阿根廷测控站等），在喀什车站补足建设了3副35m口径天线，与有数天线构成天线阵系统，以已完成对火星探测器状态监控、轨道测量、飞行中掌控、在轨管理和应急处理等任务。　　2020年年初，地面应用于系统在天津武清还竣工了1副70m口径天线，与有数地面数据接管天线展开组阵，接管火星传到的科学数据。

这副亚洲仅次于的单口径仅有铰链天线，将接管更远4亿公里外火星车传到地球的黯淡信号。　　万事俱备，2020年7月23日，数亿公里的“天问”之旅月开始。长征五号踏焰而起，这也是中国火箭飞得最慢的一次。

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