中國首次火星探測進展順利，如何登陸火星？

出品：科普中國

製作：中國科學院國家天文台 鄭永春 張碩 孔嘯 陳潔

監製：中國科學院計算機網路信息中心

9月20日，由中國科學院主辦的第三屆北京月球與深空探測國際論壇開幕。我國首次火星探測任務總設計師張榮橋在開幕式前的新聞通氣會上表示，計劃於2020年前後實施的火星探測目前進展順利，探測任務中將完成對火星的環繞和著陸巡視探索，收集火星的空間環境、形貌特徵、表層結構、大氣環境等重要數據。

中國首探火星進展順利（圖片來自網路）

作為太陽系八大行星之一，人類為何對火星情有獨鍾？登陸火星為什麼那麼困難呢？

火星上的世界

縱觀太陽系演化歷史，我們發現人類的命運其實十分脆弱，面臨地震和海嘯、火山爆發、小天體撞擊、地球磁極倒轉、超級太陽風暴等重大災難，這些災難甚至可能導致地球生命大滅絕。

因此，人類必須有足夠的危機感和緊迫感，在滅頂之災來臨前，找到可以延續人類火種的避難所。

火星（圖片來自網路）

由於航天運輸能力的限制，人類還無法飛出太陽系。而在太陽系內，只有火星的自然環境與地球最相似，是人類移居外星球的首選目標。

人類迄今已開展42次火星探測，1996年以來就已發射11顆探測器，取得大量探測資料。火星已成為除地球外人類認識程度最高的行星，甚至超過人類已經登陸過的月球。

如何登陸火星

回顧世界各國的火星探測歷史，我們發現，安全著陸在火星表面主要通過3種方式來實現：

第一種方式是氣囊緩衝。這種方式適用於輕質量著陸器的登陸，當著陸器在火星表面著陸前，包裹著陸器的氣囊充氣展開，通過氣囊在火星上的彈跳逐步降低高度，實現成功著陸。

1996年12月4日發射的探路者號火星車就是採用氣囊緩衝方式，成功著陸至火星表面，初步驗證了進入火星大氣、減速和著陸緩衝全過程的可行性；

2003年6月和7月分別發射的勇氣號與機遇號這對「孿生」火星車，使氣囊緩衝著陸的方式得到了充分驗證，成功實現了對火星表面較大範圍的巡視。

勇氣號和機遇號火星車採用氣囊緩衝方式，成功著陸在火星表面

第二種方式是著陸支架緩衝。2007年8月4日發射的鳳凰號著陸器比機遇號和勇氣號火星車的質量更重，如果依靠降落傘和安全氣囊著陸，則需使用更大面積的降落傘和體積更大的氣囊，但這會擠占所搭載的科學儀器的重量。因此，鳳凰號採用了火箭反推和著陸支架緩衝的方式，實現在火星北極地區的安全著陸。

鳳凰號著陸器利用反推火箭實現動力減速，這種方式適用於較重著陸器的著陸，同時可準確選擇著陸點

第三種方式是空中吊車著陸，這種方式適用於大質量著陸器的登陸。

2011年美國發射的好奇號火星車首次採用這種技術並獲得成功。當探測器距離火星表面11千米高度時，先打開巨大的降落傘降低飛行速度，24秒之後，熱保護罩脫離。

當探測器下降到1.4千米高度時，背殼分離，探測器上的八台制動火箭點火，通過火箭反推將下降速度從每秒80米減速至每秒0.75米。

當探測器距離火星表面20米高度時，著陸器在空中「懸停」，空中吊車釋放出尼龍繩，將「好奇」號火星車從著陸器上吊運到火星表面，實現著陸。

登陸火星需要熱保護罩、大降落傘、反推火箭、空中吊車等多種技術手段混搭，才能確保航天員安全登陸火星表面

登陸火星的準備

1.火星航天服

航天服是保障航天員生命安全和工作能力的個人密閉裝備，用於保護航天員在真空或稀薄大氣、劇烈溫差、強烈太陽風和宇宙射線、微隕石撞擊等地外天體表面環境中安全生存。

火星航天服（圖片來自網路）

人體血液中含有氮氣，在真空中的體積會膨脹。如果不穿加壓的密封航天服，航天員因體內外壓差懸殊危及生命。登陸月球和火星表面的艙外用航天服還具有氧氣供應、溫度調控等設施，保障航天員出艙活動和實現天體表面考察。

2. 火星發電站

火星上沒有加油站，載人飛船和火星車都需要太陽能電池作為能源，我們頭頂的國際空間站擁有一套強大的太陽能發電系統。電力越充分，宇航員可以開展越多操作和實驗，並降低某套系統故障帶來的危險。

萬一遇到火星上天氣不好怎麼辦呢？為了能在火星上生存，需要絕對可靠又耐用的電力來源，同位素溫差電池是一個現實的選擇。

同位素溫差電池實際上是一個小型的核反應堆。放射性同位素在衰變過程會產生大量熱能，同位素溫差電池就是這些熱能轉換成電能的發電系統。

同位素溫差電池（圖片來自網路）

為了避免放射性物質泄漏污染太空，真實的同位素溫差電池都用多層十分堅固的材料密封包裝，即便發生飛船爆炸等災難性事故，也不會產生一絲裂痕。

載人登陸火星的宏大目標已經成為全人類的共同夢想。雖然人類探索火星的道路將充滿挑戰，但只要我們擁有挑戰和冒險精神，相信不久的將來一定會實現這個偉大的目標！

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