2020年中国探测器去火星：将一次实现环绕、着陆、巡视

新华网北京4月22日消息，荒凉，空寂，砾石遍布，黄沙漫天，虽然毫无生气，但在数亿公里外的人类始终对它充满好奇。

这颗红色行星上是否曾经存在过生命？火星与太阳系是怎样起源及演化的？未来能否将火星改造成人类可居住的星球？这些问题让科学家们迫切希望从火星上找到答案。

首个“中国航天日”来临之前，中国首次火星全球遥感与区域巡视探测任务已获批立项，首个火星探测器预计2020年发射飞往火星。

探测器揭秘

中国航天科技集团五院火星探测器总设计师孙泽洲近日在接受新华社记者专访时说，中国火星探测器由环绕器和着陆巡视器组成。

中国航天科技集团一院宇航部副部长马志滨表示，预计2020年前后，世界上主要航天国家都会向火星发射各自的探测器。但是各自的目标不同。中国也会“赶上这班车”，实施火星探测任务。

从地球到火星距离4亿公里。“每两年多到三年，有一次火星离地球最近。这个时间点上发射火星探测器，对运载火箭来说是最省力的。考虑到火星探测器的质量，这个距离将由我国长征五号运载火箭来完成发射。”马志滨说。

孙泽洲介绍，探测器接近火星后，首先要让它被火星引力捕获，成为环绕火星飞行的探测器。探测器在环绕轨道上做一些轨道调整，同时对仪器进行检测，还将对火星的形貌开展探测。

之后，在合适时机，与环绕器分离的着陆巡视器将进入火星大气，着陆到火星表面并释放火星车，开展巡视探测。与此同时，环绕器继续在轨道上进行科学探测，并为火星车提供对地面的数据中继服务。

中国航天科技集团五院党委副书记、新闻发言人王中阳表示，目前，火星探测器的研发正在五院开展。

一次实现环绕、着陆、巡视

与探月工程绕月、落月、从月球返回分三期完成不同，中国探火工程有望在2021年前后一次性完成绕、落、巡三项任务。

孙泽洲说，中国的火星探测任务形式在国外是没有过的。美国的探测环绕就是环绕，巡视就是巡视。“从来还没有哪个国家一次任务就同时实现环绕和着陆巡视。”他说，国外在火星着陆任务之前都有环绕卫星在火星附近，可以对着陆过程以及着陆后的数据通信提供及时支持。而中国的火星着陆巡视器是环绕火星不久后，就要与环绕器分离并降落，这对于着陆后的火星车自主能力提出更高要求。

“另外，这样的任务在轨道设计上更具有复杂性，要兼顾着陆和环绕轨道的要求，增加了任务的难度和复杂度。”孙泽洲说。

他说：“我们希望用有限的经费尽可能多获得一些成果，更高效地推动技术进步。所以我们想结合探月已经走的第一步和第二步的基础，一步实现环绕、着陆和巡视。我们具备了这样的技术条件，希望一步迈得大一点。”

挑战

这样的任务，孙泽洲坦陈，难度非常大。

“这次任务最核心、最难的地方，就是探测器进入火星大气后气动外形和降落伞减速的过程，并且只有一次机会，必须成功。由于地球与火星距离遥远，整个过程无法由地面实时控制，必须依靠探测器自主完成。”孙泽洲说。

自20世纪60年代以来，国际上已实施的42次火星探测任务，成功率仅为52%。

最让这位火星探测器总设计师担忧的是火星大气。

“火星大气具有很高的不确定性，有些因素我们还没有认识透，比如火星大气的变化规律、风暴时的特性等。我们现在感觉压力很大，是因为不能掌控的因素很多。如果降落那天真的起了尘暴，就不能降落。”孙泽洲说。

他说，由于没有那么多的推进剂来抵消那么高的速度，所以登陆火星时，99%以上的减速都是靠火星大气的作用。然而，火星的大气和降落伞减速与地球上的相似度不到50%，而且火星的大气难以在地面模拟。

“我们只能把各个因素单独分析，开展单项模拟，没办法用一个完整的过程在地面把实际过程模拟出来，这也是我们现在很困惑的事情。但正因为有压力，才能带来技术进步。”孙泽洲说。

火星那么大，去哪儿好呢？

曾担任探月工程二期探测器总设计师的孙泽洲说，由于中国火星车将使用太阳能供电，从光照角度考虑，最理想的地方是火星赤道附近，但是火星赤道附近的地形复杂。另外，由于登陆火星99％以上的减速是靠大气减速，因此着陆点海拔越低减速时间越长，登陆越安全。

“综合考虑地形复杂度、高程、光照条件、温度等因素，火星比较适合着陆点在北纬5度至30度的区域。”孙泽洲说。

他说，当初在确定嫦娥三号登月落点时，专家们先画了一个100乘300公里的大区域，在探测器进入环月轨道决定要着陆后，又预计了一个落点，最后真正的着陆点与预计的落点只偏差几百米。

“火星着陆点的确定也类似。就好比我们先选择要去北京，至于落在北京哪个区哪条街道，是到附近再做精确的选择。由于火星大气模型误差很大，所以在火星登陆的偏差可能会比登月大。”孙泽洲说。

探火与探月有何不同？

孙泽洲说，探月工程已为火星探测打下了很好的基础，如果没有探月工程，希望火星探测一次就着陆并让火星车走起来，是不现实的。“但是火星探测仅有一半的环节与探月有相似性。”

举个例子，在嫦娥三号任务中，月球的地形地貌具有不确定性，但其他环境因素都在可控范围内，可通过设计规避风险。但火星除了地形以外，其大气情况具有很高的不确定性。

此外，登陆火星需要经过四个阶段：气动外形减速，降落伞减速，反推发动机减速，着陆器的缓冲腿吸收最后的能量。但月球没有大气，登月只有反推发动机和着陆缓冲两个阶段。

孙泽洲说，由于月球距离地球40万公里，而火星距离地球最远时达到4亿公里。在探月工程的带动下，中国已建立深空测控网，能够实现对火星探测器的测控。但是数据还不能实现高速传输，因此未来的火星车操控要比月球车的操控更为复杂。

距离遥远的另一个后果是火星光照强度小，火星大气对阳光还有削减作用，所以火星车的能源供给比月球车更为困难。

去火星探索什么科学之谜？

孙泽洲说，中国火星探测的科学目标虽然还没有最终确定，但基本上围绕这几个方面：通过光学遥感探测火星形貌，看看火星表面长什么样；通过光谱等探测火星土壤元素、矿物成分及岩石类型；探测火星空间环境，包括火星大气；探测火星土壤结构及水冰，火星表面甚至地下浅层是否有水？

“深空探测虽然不会马上产生明显的经济效益，但是对于满足人类探索未知世界的好奇心，拓展人类生活空间，都具有重要意义。”孙泽洲说。