作者：郭超凱
2020年7-8月是火星探測的重要「窗口期」，全球迎來「探火季」。繼7月20日阿聯酋「希望號」探測器順利升空後，中國首次火星探測任務天問一號將於7月下旬到8月上旬擇機實施，邁出中國行星探測第一步。
中國、美國、阿聯酋三國近期為何「扎堆」實施火星探測？各國的探測器又有何不同？記者採訪相關專家，一探究竟。
長征五號火箭垂直轉運至發射區，近期擇機實施中國首次火星探測(行星探測工程「天問一號」任務)。張高翔 攝
為何要探火？
火星探測為何有如此大魅力，吸引世界各國前赴後繼地實施探測任務？
這得從火星和地球的淵源說起。火星是太陽系中與地球最為相似的行星，探測火星、了解火星，有助於人類進一步認識地球和太陽系的形成和演化，預測地球的未來變化趨勢。此外，探測火星生命的起源和演化，可促進對地球生命乃至太陽系起源和演化的研究，有助於人類了解自身在宇宙中的地位和最終命運。
「大量跡象表明，火星以前很可能與現在的地球一樣，只是經過幾十億年的演化才變成如今大氣層稀薄、溫度較低的樣子。」中國空間技術研究院研究員龐之浩向中新社記者表示，探測火星對研究地球演變，防止地球演變成人類難以生存的第2個火星具有促進作用。
龐之浩稱，從長遠看，地球有一天可能因為遭受地外星球的撞擊等原因而變得不適合生存。有科學家認為，由於火星與地球最為相似，可先把火星改造成適合人類居住的第2個家園，然後向火星移民。「為此，現在就必須全面而深入地了解火星，為載人登火、改造火星、建造火星基地奠定基礎。」而這也是世界各國對火星探測「樂此不疲」的重要原因。
成功率約五成
縱觀世界航天史，人類似乎對火星「情有獨鍾」。世界各國的火星探測活動要追溯到20世紀60年代。
據中國國家航天局探月與航天工程中心深空探測總體部部長耿言介紹，人類的探火史可大致分為三個發展階段。1960—1970年為第一階段，彼時國際深空探測尚處研究初期，相關國家主要以火星飛越探測、傳送火星圖片與探測大氣參數為主，但探測任務成功率並不高。1970—1990年為第二階段，美蘇重新展開火星探測活動，以軌道環繞與著陸探測為主。而20世紀90年代至今則是第三階段，火星探測重新成為深空探測的熱點。以美國為首的多個國家地區分別開展火星探測活動，探測方式主要為著陸探測，主要目標是尋找火星水存在的證據和生命跡象。
1960年10月，蘇聯向火星先後發射了兩個探測器「火星1A」號和「火星1B」號，但均以失敗告終。直到1964年10月，美國「水手4號」探測器才向地球傳回人類史上第一張有關火星表面的近距離圖像，開啟了火星探測的新篇章。
截至今年6月份，世界各國共實施40餘次探火活動。其中成功和部分成功的任務僅有24次，成功率約五成；能夠著陸火星並成功開展探測任務的僅為個位數。
儘管人類對火星嚮往已久，但火星探測並非易事。火星被稱為是人類探測器的「墳場」。迄今為止，成功登陸火星的探測器有8個：海盜一號、海盜二號，探路者、機遇號、勇氣號、鳳凰號、好奇號、洞察號，均為美國研製。
截至目前，仍在工作的火星探測軌道器有6個、著陸巡視器2個。其中，軌道器包括美國的「火星奧德賽」「火星勘測軌道器」「火星大氣與揮發物演變」，歐洲的「火星快車」「微量氣體軌道器」和印度的「曼加里安」。而還在工作的著陸巡視器，只有美國的「好奇號」火星車和「洞察號」火星著陸器。
張高翔 攝 中國國家航天局新聞宣傳中心供圖
三國同期探火
結合地球、火星的公轉周期，大約每隔26個月就會出現一個「火星沖日」的窗口期。今年7—8月的窗口期是發射火星探測器的有利時機，在這一時間段實施火星探測，可節約探測器燃料，省時省力。
一旦錯過窗口期，下次火星探測的好時機只能等到2022年。歐洲原本打算今年加入到火星探測的隊列，但因疫情及其他技術因素影響，歐空局與俄羅斯航天局合作研發的火星探測器不得不推遲到2年後發射。因此，今年火星探測僅剩下中國、美國和阿聯酋3個國家。
根據技術發展過程和任務目標需求，人類目前探測火星的任務主要分為4種：僅驚鴻一瞥的飛掠任務、可全面普查的環繞任務、能區域詳查的著陸任務、可自由移動的巡視任務。未來人類還將實施第5種任務：採樣返回。
今年實施探火的三個國家，其火星探測任務各不相同。這其中，阿聯酋的「希望號」火星探測器僅實施環繞任務，美國「毅力號」火星車計劃完成著陸、巡視兩大任務，而中國的天問一號任務將一次性完成環繞、著陸、巡視三大目標。
7月20日，阿聯酋的「希望號」火星探測器在日本種子島太空中心發射。如果任務實施成功，「希望號」將成為世界第一顆火星氣象衛星，可用於全面探測火星大氣，研究火星氣候變化、低空天氣變化、沙塵暴預報等。
美國「毅力號」火星車將取代逐漸衰老的「好奇號」火星車，繼續探索火星的環境和生命跡象。龐之浩表示，「毅力號」火星車最大亮點是，該火星車將收集30塊火星內部岩石和土壤的樣本，然後放置在火星表面上，未來將發射探測器把樣本帶回地球。
目前美國計劃在2026年與歐盟合作執行發射任務，在2031年將岩石樣本帶回地球，但這套設想還未正式推進。如果進展順利，這些岩石有望成為人類從火星獲得的第一批樣本，科學家可以用它們分析火星上是否存在(過)生命。此前，「好奇號」火星車已經找到了對於生命至關重要的水分痕迹。
備受國人關注的中國首次火星探測任務天問一號，計劃於7月下旬到8月上旬擇機實施。天問一號任務將通過一次發射，實現火星環繞、著陸和巡視三項任務，既可以用環繞器對火星開展全球性、綜合性的環繞探測，也能用巡視器對有科研價值的局部地區開展高精度、高解析度的詳細調查。
張高翔 攝 中國國家航天局新聞宣傳中心供圖
天問一號將啟
與美國、俄羅斯等國家相比，中國在火星探測上尚屬「新手」。在人類探火歷程中，目前只有美國「海盜一號」、「海盜二號」通過一次發射實現火星環繞、著陸兩項任務。此前歐洲曾兩次試圖通過一次發射實現環繞、著陸火星兩項任務，但兩次著陸都以失敗告終，只完成了環繞探測。
龐之浩認為，中國「天問一號」任務採用「一舉三得」的探火方式，起點高，效益高，但挑戰大。如果成功，它將使中國深空探測能力和水平實現跨越式發展。
耿言表示，中國火星探測器搭載了13種有效載荷，其中環繞器上7種、著陸巡視器上6種。首次火星探測任務設定了五大科學目標，主要涉及空間環境、形貌特徵、表層結構等研究。
「從科學上講，這是對火星形態、地質學、礦物學、空間環境、土壤和水冰分布等進行研究的全面任務，深化中國人對火星乃至太陽系的科學認知，推進比較行星學等重大問題研究。」龐之浩說。
再過不久，中國將在文昌航天發射場用長征五號遙四火箭將天問一號探測器送入太空，屬於中國人自己的「行星探測時代」即將到來。
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