踏上“天問”之旅，中國人與火星的距離從未如此之近。

隨著火星探測序幕拉開，“天問一號”將通過一次發(fā)射任務，實現對火星“環(huán)繞、著陸、巡視”三大目標，獲取火星探測科學數據，邁出我國行星探測的第一步。

發(fā)射窗口開啟跨越億萬千米的星球“探險”

由于火星距離地球遙遠，因此探測火星需要選擇其與地球距離較近的時機，這樣的機會每隔26個月才有一次，而今年7月到8月正是火星探測器發(fā)射的窗口期。

從7月23日開始，地球和火星的距離將縮短到1億千米以內。發(fā)射時間確定后，長征五號遙四運載火箭將把火星探測器發(fā)射至地火轉移軌道，此后在地面測控系統的支持下進入環(huán)火橢圓軌道，運行到選定的進入窗口。隨后，探測器將進行降軌控制，釋放著陸巡視器組合體。著陸巡視器組合體成功軟著陸后，火星車將與著陸平臺分離，開展區(qū)域巡視探測和相關工程實踐活動。環(huán)繞器將為火星車提供中繼通信鏈路，并開展環(huán)繞科學探測。

這段看似簡單的旅程，實際上充滿著挑戰(zhàn)和兇險。相比登月所跨越的38萬千米，地球到火星幾千萬千米的距離，對飛行器的測控通信是一項巨大的考驗?；鹦翘綔y器發(fā)射升空以后，將“趕路”7到8個月的時間，預計在明年2月到達火星的引力勢場以內，然后再經過火星的捕獲，才能到達火星。

今年10月14日前后，火星與地球之間的距離將縮短到6200萬千米，是兩者相對最接近的時候。此時，火星、地球、太陽將在太空中排成一條直線，形成天文學上的“火星沖日”。這一天是從地球上觀測火星的最佳時機。屆時，當我們從地球“遙望”火星時，“天問一號”也將在奔向火星的路上。

“胖五”創(chuàng)造歷史運載火箭拓寬中國航天舞臺

運載火箭的能力有多大，中國航天的舞臺就有多大。承載此次“天問一號”發(fā)射任務的長征五號遙四運載火箭，將創(chuàng)造中國航天的新歷史。

——這是長征五號火箭的第一次工程應用性任務，標志著長征五號火箭已經具備執(zhí)行國家重大航天工程任務的條件，承載起中國人探索行星的發(fā)射使命。

——為擺脫地球引力，火星探測器需要加速到超過第二宇宙速度(11.2千米/秒)，從而去往火星。我國目前的運載火箭中，只有長征五號具備這一能力。如果發(fā)射成功，這將是我國運載火箭飛出的最快速度，也會是我國運載火箭首次執(zhí)行地火轉移軌道發(fā)射任務。

——作為我國發(fā)射的重量最重的深空探測器，火星探測器的重量達到5噸。在全世界范圍內，這一重量的火星探測器也是屈指可數，對運載火箭能力提出了極高要求。作為我國推力最大的新一代運載火箭，長征五號起飛推力超過1000噸，運載能力接近25噸，使我國現役火箭的運載能力提升了2.5倍。不同于目前常規(guī)火箭使用的化學燃料，長征五號的燃料大部分是-183℃的液氧和-253℃的液氫，被稱為“冰箭”。與此同時，長征五號大推力氫氧發(fā)動機和液氧煤油發(fā)動機均為全新研制，120噸液氧煤油發(fā)動機單臺的推力是目前中國火箭發(fā)動機中推力最大的。

——除此以外，長征五號火箭采用的5米大直徑箭體結構、全新活動發(fā)射平臺、三型高性能環(huán)保型火箭發(fā)動機等大量新技術，技術跨度大、研制難度高，代表了我國運載火箭技術創(chuàng)新的最高水平。

從1986年啟動設計論證，到2006年正式立項，再到2016年首飛成功，長征五號從無到有、進入世界主流火箭陣營，見證了中國航天人十年鑄一“箭”的艱辛探索。

從2017年長征五號遙二任務發(fā)射失利，到2019年遙三火箭重整行囊、圓滿回歸，再到今年長征五號B遙一首飛成功、遙四火箭蓄勢待發(fā)，中國大火箭正在走向世界航天舞臺的中央。

活動發(fā)射平臺大火箭升空“穩(wěn)穩(wěn)的”

隨著長征五號遙四火箭靜待發(fā)射，有“大火箭”座駕之稱的活動發(fā)射平臺吸引了不少目光。據了解，這套活動發(fā)射平臺是我國規(guī)模最大、承載能力最強、系統最復雜、技術最先進的發(fā)射平臺。當倒計時結束之時，活動發(fā)射平臺將把大火箭穩(wěn)穩(wěn)地送上太空。

我國現役的各型號發(fā)射平臺的規(guī)模是根據現役運載火箭的實際情況研制的。其中，承載此次發(fā)射任務的“大火箭”活動發(fā)射平臺是由航天科技集團中國運載火箭技術研究院最新研制的。活動發(fā)射平臺高近70米，相當于24層樓的高度;臺體的上表面面積達600多平方米，相當于一個半籃球場，整個平臺自重近2000噸。

與以往的發(fā)射平臺相比，“大火箭”發(fā)射平臺還少了供電車輛。發(fā)射平臺上集成了原來發(fā)射塔上的上百臺地面設備，火箭的總裝、測試、跟地面設備的接口關系，都可以在技術廠房完成。這樣在運輸過程中就能夠保持接口不變、狀態(tài)不變，可以直接運輸到固定塔?？蒲腥藛T的目標是三四天就完成發(fā)射準備工作，火箭在發(fā)射塔的準備流程可以成倍縮短。

在“大火箭”活動發(fā)射平臺的上表面，有12根柱子一樣的支撐裝置，這是火箭在發(fā)射臺上的“座椅”，研制人員用了3年多的時間開發(fā)出了“十二點調平技術”，讓火箭可以“坐”得又直又穩(wěn)，這不僅讓火箭受力較好，而且有利于火箭的瞄準、發(fā)射。

“大火箭”活動發(fā)射平臺上，像這樣的新技術還有十幾項，它們都是確?；鸺踩?、穩(wěn)妥、可靠的基石。正是這些先進的技術，才讓“大火箭”活動發(fā)射平臺的先進性遙遙領先于國內已有的發(fā)射平臺。

飛控測控升級“探火”全程有保障

在中國首次火星探測任務中，北京飛控中心將擔任指揮決策中心、控制計算中心、數據處理中心、信息交換中心和飛行器長期管理中心。作為任務飛行控制中心，北京飛控中心還承擔著地火轉移軌道控制、火星環(huán)繞捕獲控制、火面遙操作控制和環(huán)繞器運行管理等任務。

據介紹，此次任務將全面采用新一代飛控軟硬件系統。首次火星探測任務相對載人航天和月球探測任務，具有航天器平臺新、探測領域新、實施周期長、測控模式復雜、軌道控制要求高以及應急處置難度大等特點難點。為此，北京中心科研人員近期開展了多次可靠性測試、壓力測試和穩(wěn)定性測試，完成了軟件第三方評測，并通過各項聯調演練，全面、系統地檢驗了新一代軟件系統以及國產化硬件平臺的功能性能和協同工作的匹配性，為任務圓滿完成打下了堅實基礎。

“天問一號”火星探測器進入地火轉移軌道后，西安衛(wèi)星測控中心喀什深空站、佳木斯深空站將為其提供全程測控支持?；鹦翘綔y器最遠探測距離近4億千米，地火轉移時間近7個月，對測控通信系統來說是前所未有的考驗。為此，西安衛(wèi)星測控中心重點對兩個深空站的對頻率綜合系統、多功能數字基帶、監(jiān)視和控制系統設備軟硬件進行升級，為任務執(zhí)行提供更加穩(wěn)定、強大的測控保障。

多國同臺競技中國實現“繞落巡”一步到位

在國際競爭日趨激烈的今天，火星探測已成為目前及未來很長一段時期國際航天大國競爭的主要“競技場”。今年7月到8月，中國、美國和阿聯酋三國的火星探測器將“同臺競技”，原計劃同期發(fā)射火星探測器的歐洲航天局則將計劃推遲到2022年。

7月20日，阿聯酋首個火星探測器“希望”號由日本三菱重工業(yè)公司成功發(fā)射升空。如果一切順利，“希望”號火星探測器將于2021年初阿聯酋成立50周年之際抵達火星軌道。

“希望”號不僅是阿聯酋首個火星探測器，也是阿拉伯世界首個火星探測器。它重約1.5噸，設計壽命為2年，主要任務是觀測火星大氣的溫度和濕度，以及火星氣候的變化等。與中美兩國計劃發(fā)射的火星探測器不同，“希望”號不會在火星著陸，而是在距火星表面2萬至4萬千米的軌道上環(huán)繞火星運行。“希望”號繞火星運行一周需要大約55小時，它將持續(xù)圍繞火星運行至少兩年。

美國也將在今年再探測火星。美國航天局“毅力”號火星車計劃于7月30日發(fā)射升空，并將攜首架火星直升機“機智”號一同前往火星，其任務包括尋找可能在火星上存在過的生命跡象、探索火星的氣候和地質特征、為人類登陸和探索火星探路等。此外，“毅力”號還將攜帶43根樣品管，將采集到的巖石和土壤樣品妥善封裝，等2030年前后的下一次火星探測任務時，把樣品帶回地球。

根據計劃，中國首次火星探測任務將通過一次發(fā)射任務，實現對火星的“環(huán)繞、著陸、巡視”三個目標。此外，任務還設定了五大科學目標，主要涉及空間環(huán)境、形貌特征、表層結構等研究。為此，火星探測器搭載了13種有效載荷，其中環(huán)繞器上7種、著陸器上6種，屆時將對民眾關注的科學問題開展探測。中國發(fā)射火星探測器，既是為了研究火星、為人類尋找未來家園，也能夠反觀自身、探究地球的過去和將來。

關鍵詞： 火星探測