2020年7月23日12時(shí)41分，“長征五號(hào)”遙四運(yùn)載火箭托舉著我國首次火星探測(cè)任務(wù)“天問一號(hào)”探測(cè)器，在中國文昌航天發(fā)射場(chǎng)成功點(diǎn)火升空。

近日，航天專家、北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院教授焦維新接受廣州日?qǐng)?bào)全媒體記者專訪，他詳細(xì)介紹了我國“天問一號(hào)”探測(cè)器未來環(huán)繞、著陸、巡視火星時(shí)的很多技術(shù)環(huán)節(jié)以及其中的難點(diǎn)。焦維新表示，因?yàn)榛鹦蔷嚯x地球太遠(yuǎn)，飛行器屆時(shí)將無法人為操控，只能按照已設(shè)定的程序進(jìn)行操作，而飛行器著陸時(shí)更要經(jīng)歷“黑色7分鐘”，過往不少飛行器都在這7分鐘里被損毀;此外巡視火星時(shí)，飛行器還要提防火星上的沙塵暴;而提到“移民火星”的說法，焦維新表示：“未來可以去火星旅游，但沒必要去定居，因?yàn)橐尰鹦沁m宜人類生存，至少需要改造800年~1000年，而地球上還有1/3的土地是沙漠，改造沙漠顯然要比改造火星容易得多。”

挺過“黑色7分鐘”是關(guān)鍵

廣州日?qǐng)?bào)：“天問一號(hào)”已經(jīng)成功發(fā)射，在前往火星的歷程中，它還要經(jīng)歷怎樣的挑戰(zhàn)和困難?

焦維新：在飛行期間，“天問一號(hào)”不會(huì)遭遇什么困難，它只要根據(jù)預(yù)定的軌道飛行，假如它的位置與方向和之前的設(shè)定有一定差距，地面控制人員做幾次軌道修正就可以了。

“天問一號(hào)”遇到的第一個(gè)難點(diǎn)將是切入火星軌道。當(dāng)探測(cè)器到達(dá)火星附近時(shí)，速度是3km/s，但火星軌道的逃逸速度是1km/s，如果飛行器以這個(gè)速度靠近火星，火星的引力場(chǎng)就無法將它“捕獲”，它在火星附近拐個(gè)彎就跑太陽系里去了。這時(shí)，它就要調(diào)轉(zhuǎn)180°，利用發(fā)動(dòng)機(jī)反方向點(diǎn)火減速，時(shí)間約是20~30分鐘，之后它才能被火星引力“捕獲”。這一操作的難點(diǎn)在于，探測(cè)器當(dāng)時(shí)和地球相差1億多公里，而通信的單程時(shí)間就要10多分鐘，操作時(shí)還在火星的背面，因此人們不能通過地面指令對(duì)它進(jìn)行遙控，只能依靠飛行器原本設(shè)定的程序來操作。之前日本的火星探測(cè)器在這個(gè)階段時(shí)沒控制好，探索就以失敗告終。

這一關(guān)過后，“天問一號(hào)”就將變成火星的衛(wèi)星了。但一開始，它的軌道離火星還比較遠(yuǎn)，不太適合進(jìn)行科學(xué)探測(cè)， 這時(shí)就可以開動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)行軌道機(jī)動(dòng)，降低探測(cè)器的高度，但這種方式會(huì)消耗燃料，這對(duì)已經(jīng)長途跋涉的飛行器來說并不可行;另一種方法則是利用火星的大氣阻力，讓探測(cè)器逐漸減速，一點(diǎn)點(diǎn)接近到可以進(jìn)行科學(xué)探測(cè)的高度。

這一高度達(dá)到后，飛行器就要開始尋找合適的著陸點(diǎn)，拋出著陸器。盡管火星大氣層比較稀薄，但著陸器的速度比較快，還是會(huì)和火星大氣摩擦生熱，讓著陸器表面像一團(tuán)火，一般著陸器前面有一個(gè)熱屏蔽層用來隔熱，等到速度降下來后，熱屏蔽層就被拋掉，打開降落傘減速。盡管火星空氣稀薄，但因?yàn)榻德鋫惚容^大，對(duì)減速還是起到很大的作用的。當(dāng)速度降低到一定程度時(shí)，降落傘也將脫落，這時(shí)著陸器的反沖發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，讓速度進(jìn)一步減低，并懸停在空中一段時(shí)間，其間觀察著陸點(diǎn)是否適合著陸，查看是否有大的隕石坑和巖石，如果有，就讓著陸器平行移動(dòng)，躲開這些障礙物再進(jìn)行下落。

當(dāng)著陸器最后與火星地面接觸時(shí)，依靠著4條有彈性的“腿”，能起到一定的緩沖作用。從把著陸器拋射出來到著陸器著陸，時(shí)間為7分鐘，這被科學(xué)家們稱為“黑色7分鐘”，也將是“天問一號(hào)”最驚險(xiǎn)的一段旅程。此前歐洲空間局發(fā)射的兩個(gè)火星探測(cè)器，兩個(gè)火星車都在這7分鐘的著陸過程中失敗了，因?yàn)橹憣?duì)技術(shù)的要求非常高，從地球傳信號(hào)到著陸器要10多分鐘，遠(yuǎn)大于7分鐘的著陸時(shí)間，因此在地球的工作人員無法操控，只能依靠著陸器自身設(shè)定的程序。

等平安落地后，火星車就開始工作了。這時(shí)比較大的風(fēng)險(xiǎn)則是遭遇沙塵暴，沙塵暴覆蓋了太陽帆板，會(huì)讓帆板效率降低，這時(shí)火星車可以通過抖動(dòng)來幫助把沙子去除，像“勇氣號(hào)”火星車等之前都遭遇過沙塵暴的麻煩。

總的來說，“天問一號(hào)”能否成功進(jìn)入火星軌道，能否躲過“黑色7分鐘”，都將是火星探測(cè)的關(guān)鍵。而要順利完成任務(wù)，靠的是儀器設(shè)計(jì)的可靠性和程序設(shè)計(jì)的合理性。

如成功將讓人類更進(jìn)一步

廣州日?qǐng)?bào)：“天問一號(hào)”上會(huì)帶哪些先進(jìn)的設(shè)備?如何將數(shù)據(jù)送回地球?

焦維新： “天問一號(hào)”裝載著大約240公斤的太陽能漫游車，預(yù)計(jì)將在火星上運(yùn)行約90天。“天問一號(hào)”任務(wù)總共有13個(gè)科學(xué)有效載荷，軌道飛行器上的7臺(tái)儀器包括兩臺(tái)攝像機(jī)、火星軌道地下探測(cè)雷達(dá)、火星礦物學(xué)光譜儀、火星磁力儀、火星離子和中性粒子分析儀以及火星高能粒子分析儀;流動(dòng)站上安裝的六種儀器是多光譜攝像機(jī)、地形攝像機(jī)、火星探測(cè)器地下探測(cè)雷達(dá)、火星表面成分檢測(cè)器、火星磁場(chǎng)檢測(cè)器和火星氣象監(jiān)測(cè)器。這些設(shè)備采樣的數(shù)據(jù)將被存儲(chǔ)下來，定期傳回地球。

廣州日?qǐng)?bào)：如果“天問一號(hào)”能順利完成環(huán)繞、著陸、巡視的工作，對(duì)我國航空航天技術(shù)有怎樣的標(biāo)志性意義?

焦維新：先不說科學(xué)探測(cè)結(jié)果如何，如果這3步我們都能完成，就是很了不起的成績(jī)。目前在國際上，歐洲空間局曾同時(shí)發(fā)射軌道器和火星車，但兩次都失敗了;美國基本是單獨(dú)發(fā)射軌道器或單獨(dú)發(fā)射火星車，而只有我們是同時(shí)發(fā)射軌道器、著陸器和火星車，如果成功了，那就是任何國家都沒有做到的成績(jī)，是具有里程碑意義的成果。

具體到科學(xué)探測(cè)方面，盡管人類已經(jīng)發(fā)射過多臺(tái)火星車，但每個(gè)的著陸地點(diǎn)都不一樣，因此得到的結(jié)果也是不一樣的，只要火星車能正常工作，那我們得到的都將是創(chuàng)新性的成果。

廣州日?qǐng)?bào)：為何世界各國如此重視火星探測(cè)?

焦維新：首先是人們對(duì)探索未知的驅(qū)動(dòng)力。目前太陽系內(nèi)的天體幾乎都被人類探測(cè)過了，這些探測(cè)結(jié)果極大地拓展了人類的眼界;如果中國能成功探索火星，對(duì)人類的進(jìn)步有著很大的意義。此外，探索地外生命也是人類十分關(guān)注的問題。太陽系的幾個(gè)類地天體，火星的條件還算比較好，相對(duì)來講可能有生命存在。未來我們還可以利用火星的資源來探索更遠(yuǎn)的天體。

此外，深空探測(cè)也將推進(jìn)人類技術(shù)的發(fā)展，探索火星需要火箭技術(shù)、控制技術(shù)、探測(cè)技術(shù)、時(shí)空通信技術(shù)等等，這些都將讓人類技術(shù)向前更進(jìn)一步。

“火星游”幾百年后可期

廣州日?qǐng)?bào)：目前人類技術(shù)能否實(shí)現(xiàn)飛行器在火星和地球間的往返?

焦維新：我們國家探測(cè)火星的下一步目標(biāo)就是取樣返回，美國和歐洲空間局也在策劃這件事，但返回需要綜合性的技術(shù)。首先火星車要能找到最有科學(xué)意義的樣品，取回來放到返回器里;第二個(gè)難點(diǎn)是返回的技術(shù)，這是人類從來沒有做過的事情，從地球去火星有一個(gè)發(fā)射窗口，而從火星回地球也有一定的時(shí)機(jī)，至于怎么抓住這一時(shí)機(jī)返回地球，人類還沒有任何經(jīng)驗(yàn)，需要不斷地探索。

廣州日?qǐng)?bào)：科幻電影中有一些描述火星移民的故事，你覺得會(huì)成為現(xiàn)實(shí)嗎?

焦維新：移民火星的問題要從兩方面看，一是必要性，二是可能性。從必要性看，我們?cè)诘厍蛏献〉煤煤玫?，為什么要移民去火星?要知道火星無論怎么改造，都不能達(dá)到地球那么舒適，與其去改造火星，我們更應(yīng)該去改造地球上的沙漠，因?yàn)樽屔衬司舆h(yuǎn)比讓火星宜居來得更容易也更便宜。因此移民火星沒有必要性。

而從可能性來講，改造火星也不是一點(diǎn)可能性都沒有。我寫過一本書，叫做《探索紅色星球》，其中最后一章叫“火星地球化”，專門談了改造火星大氣層的步驟，從理論上講，改造火星的時(shí)間是800年~1000年;還有一個(gè)關(guān)鍵，就是只有地球有磁場(chǎng)能讓生物免于過強(qiáng)帶電粒子的危害，而火星沒有磁場(chǎng)，無論我們?cè)趺锤脑煲苍觳怀龃艌?chǎng)來。

因此，集中全世界科學(xué)的力量來改造火星是不現(xiàn)實(shí)的，但未來隨著科學(xué)的發(fā)展，我們可以制造出載人飛行器登陸火星，建立火星基地，等到幾百年以后條件好了，再讓人類去火星上旅游，這都是有指望的，人類可以在火星上短期居住、進(jìn)行科學(xué)探索，但目的絕不是為了移民。

關(guān)鍵詞： 火星