中國2020年探測火星計劃分析 專家談這次火星探測

科技火星

新華社北京4月22日電(記者喻菲、楊春雪)荒涼,空寂,礫石遍布,黃沙漫天,雖然毫無生氣,但在數億公里外的人類始終對它充滿好奇。這顆紅色行星上是否曾經存在過生命?火星與太陽系是怎樣起源及演化的?未來能否將火星改造成人類可居住的星球?這些問題讓科學家們迫切希望從火星上找到答案。

首個「中國航天日」來臨之前,中國首次火星全球遙感與區域巡視探測任務已獲批立項,首個火星探測器預計2020年發射飛往火星。

探測器揭秘

中國航天科技集團五院火星探測器總設計師孫澤洲近日在接受新華社記者專訪時說,中國火星探測器由環繞器和著陸巡視器組成。

從地球到火星距離4億公里,探測器從地球飛到火星的時間會根據發射的窗口期不同而有所差別,大約為6到12個月。

孫澤洲介紹,探測器接近火星後,首先要讓它被火星引力捕獲,成為環繞火星飛行的探測器。探測器在環繞軌道上做一些軌道調整,同時對儀器進行檢測,還將對火星的形貌開展探測。

之後,在合適時機,與環繞器分離的著陸巡視器將進入火星大氣,著陸到火星表面並釋放火星車,開展巡視探測。與此同時,環繞器繼續在軌道上進行科學探測,並為火星車提供對地面的數據中繼服務。

一次實現環繞、著陸、巡視

還從未有哪個國家一次實現火星「繞、落、巡」。

孫澤洲說,中國的火星探測任務形式在國外是沒有過的。美國的探測環繞就是環繞,巡視就是巡視。「從來還沒有哪個國家一次任務就同時實現環繞和著陸巡視。」

他說,這體現出中國在空間技術創新發展中的「首創精神」,也是中國航天工程「快好省」的生動實踐。

他說,國外在火星著陸任務之前都有環繞衛星在火星附近,可以對著陸過程以及著陸後的數據通信提供及時支持。而中國的火星著陸巡視器是環繞火星不久後,就要與環繞器分離並降落,這對於著陸後的火星車自主能力提出更高要求。

「另外,這樣的任務在軌道設計上更具有複雜性,要兼顧著陸和環繞軌道的要求,增加了任務的難度和複雜度。」孫澤洲說。

他說:「我們希望用有限的經費儘可能多獲得一些成果,更高效地推動技術進步。所以我們想結合探月已經走的第一步和第二步的基礎,一步實現環繞、著陸和巡視。我們具備了這樣的技術條件,希望一步邁得大一點。」

挑戰:最擔憂火星大氣

這樣的任務,孫澤洲坦陳,難度非常大。

「這次任務最核心、最難的地方,就是探測器進入火星大氣後氣動外形和降落傘減速的過程,並且只有一次機會,必須成功。由於地球與火星距離遙遠,整個過程無法由地面實時控制,必須依靠探測器自主完成。」孫澤洲說。

自20世紀60年代以來,國際上已實施的42次火星探測任務,成功率僅為52%.

最讓這位火星探測器總設計師擔憂的是火星大氣。

「火星大氣具有很高的不確定性,有些因素我們還沒有認識透,比如火星大氣的變化規律、風暴時的特性等。我們現在感覺壓力很大,是因為不能掌控的因素很多。如果降落那天真的起了塵暴,就不能降落。」孫澤洲說。

他說,由於沒有那麼多的推進劑來抵消那麼高的速度,所以登陸火星時,99%以上的減速都是靠火星大氣的作用。然而,火星的大氣和降落傘減速與地球上的相似度不到50%,而且火星的大氣難以在地面模擬。

「我們只能把各個因素單獨分析,開展單項模擬,沒辦法用一個完整的過程在地面把實際過程模擬出來,這也是我們現在很困惑的事情。但正因為有壓力,才能帶來技術進步。」孫澤洲說。

火星那麼大,去哪兒好呢?

曾擔任探月工程二期探測器總設計師的孫澤洲說,由於中國火星車將使用太陽能供電,從光照角度考慮,最理想的地方是火星赤道附近,但是火星赤道附近的地形複雜。另外,由於登陸火星99%以上的減速是靠大氣減速,因此著陸點海拔越低減速時間越長,登陸越安全。

「綜合考慮地形複雜度、高程、光照條件、溫度等因素,火星比較適合著陸點在北緯5度至30度的區域。」孫澤洲說。

他說,當初在確定嫦娥三號登月落點時,專家們先畫了一個100乘300公里的大區域,在探測器進入環月軌道決定要著陸後,又預計了一個落點,最後真正的著陸點與預計的落點只偏差幾百米。

「火星著陸點的確定也類似。就好比我們先選擇要去北京,至於落在北京哪個區哪條街道,是到附近再做精確的選擇。由於火星大氣模型誤差很大,所以在火星登陸的偏差可能會比登月大。」孫澤洲說。

探火與探月有何不同?

孫澤洲說,探月工程已為火星探測打下了很好的基礎,如果沒有探月工程,希望火星探測一次就著陸並讓火星車走起來,是不現實的。「但是火星探測僅有一半的環節與探月有相似性。」

舉個例子,在嫦娥三號任務中,月球的地形地貌具有不確定性,但其他環境因素都在可控範圍內,可通過設計規避風險。但火星除了地形以外,其大氣情況具有很高的不確定性。

此外,登陸火星需要經過四個階段:氣動外形減速,降落傘減速,反推發動機減速,著陸器的緩衝腿吸收最後的能量。但月球沒有大氣,登月只有反推發動機和著陸緩衝兩個階段。

孫澤洲說,由於月球距離地球40萬公里,而火星距離地球最遠時達到4億公里。在探月工程的帶動下,中國已建立深空測控網,能夠實現對火星探測器的測控。但是數據還不能實現高速傳輸,因此未來的火星車操控要比月球車的操控更為複雜。

距離遙遠的另一個後果是火星光照強度小,火星大氣對陽光還有削減作用,所以火星車的能源供給比月球車更為困難。

火星探測五大目標

新華社北京4月22日電(記者白國龍、余曉潔、郭麗琨)中國航天科技集團五院黨委副書記、新聞發言人王中陽表示,我國火星探測任務有五大科學目標:火星形貌與地質構造特徵、表面特徵與水冰的分布、火星表面物質組成、火星大氣的電離層以及火星表面氣候環境的特徵、火星的物理場與內部結構。目前,火星探測器的研發正在五院開展。

「與印度『曼加里安』號探測器只是繞火星赤道軌道飛行不同,我國首個火星探測器將繞火星進行大橢圓軌道飛行並對火星進行全球觀測,並由進入器載著巡視器著陸火星,巡視器會在火星『走起來』。」中國航天科技集團五院火星項目顧問葉培建院士告訴新華社記者。

自1960年蘇聯發射火星船一號以來,人類對火星的探測已有四十餘次。「本世紀前十年,人類『探火』次數比『探月』多,全世界都在瞄準火星。」葉培建說。

「我國在火星探測上已經落後,但探月工程的實施,為我國積累了深空探測的能力和人才隊伍,我們有把握在2021年將探測器送達火星。那時,中國將躋身全球火星探測強國。」葉培建說。

中國航天科技集團一院宇航部副部長馬志濱表示,預計2020年前後,世界上主要航天國家都會向火星發射各自的探測器。但是各自的目標不同。中國也會「趕上這班車」,實施火星探測任務。

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