Question

登陆火星，究竟有多难

Answer 1

火星，橘红色的外表形似火焰，因为位置、亮度时常变动让人无法捉摸，中国古代称之为“荧惑”。火星是一颗类地行星，直径约为地球的一半，质量约为地球的1/9，从地表形态、气候都和地球非常的相似，从古至今，人类就对这颗神秘的星球展开了热烈的“追星”，不管是从 历史 记录还是电影、电视当中，更是让它一次次地成为了人类的第二家园。随着现代 科技 的进步，人类对火星的探测更是达到了前所未有的热度，从1960年至今，人类共向火星发射了四十多颗火星探测器，但是成功率只有50%左右，因此火星也被称为探测器坟场。

那么探测火星为什么这么难、成功率这么低呢？其实就是因为它距离地球太远了，可以做个比较， 地球与月球之间的平均距离是38万多千米，地球与火星虽然是近邻，其之间的最近的距离就达了5500多万千米，而最远的距离更是超过4亿千米，是地月距离的1000倍，遥远的距离所带来的就是探测难度成百上千的增加，对运载火箭、轨道控制、深空探测、信号发送接收、探测器等关键技术的要求更是难以想象。

就拿这次中国的天问一号火星探测任务来说，要想进行火星探测这样的任务，就必须有大推力火箭。北京时间2020年7月23日上午12时41分05秒，中国的天问一号火星探测器搭载长征5号遥四运载火箭点火升空，开启了中国 探索 火星的任务，这次发射也是中国航天事件的具有里程碑式的意义。而长征5号运载火箭从2006年立项，到2016年首飞成功，再到2020年成功发功发射天问一号火星探测器，历时14年使中国运载火箭达到了新的速度和高度，而从长五开始论证开始算的话，时间就更长了，长征5号运载火箭的成功无疑是中国火星探测的基础，没有长五，中国的深空探测就成为了幻想，可见这款火箭对于中国航天起到了关键性的作用。 长五火箭它使用的是液氢液氧推进剂，其中液氢的温度达-253 ，液氧的温度可达-183 ，已经达到了温度的极限，火箭发射时火箭尾部的火焰温度达几千度，这样不可思议的温度差背后，是难以跨跃的技术困难。 而长五也经历了一次也是唯一的一次发射失败，在2017年7月2日，长征五号遥二火箭在海南文昌航天发射场实施发射，火箭飞行至346秒时突发故障，致使发射任务失利。这次失败也是重重考验了中国航天，对于长五的火箭团队来说压力是巨大的，长五对于整个中国航天来说太重要了，火箭团队顶住了压力， 开展归零和百项技术改进工作，逐步验证了火箭的可靠性。

1996年11月16日，俄罗斯"火星96"卫星/登陆车升空，但发射仅一天后就重新进入了地球大气层，此次发射任务失败，失败的原因可能是质子号运载火箭第四级在第二次点火工作过程中发生了故障或者接收了错误的指令，这次发射失败对俄火星探测计划和俄制部件的可信度产生了不利影响。对于航天工程来说困难与失败都时时刻刻地考验着每一位航天人。
发射火星探测器每26个月是一个窗口期错过了就要再等两年，而 由于地球和火星飞行速度不同，相对位置也在不断发生变化，因此必须要保证火箭的入轨精度。为了保证火星探测器能精确入轨，打得更准，我国的科研人员为长征五号火箭发射轨道进行了精细化的“窄窗口多频道”设计。如果把发射比作‘打靶’，那这次‘打靶’打的就是上亿公里之外的移动靶，而且只能一次成功，要随着时间的推移，变换不同的轨道，要想成功入轨火星真是比登天还难啊。

这次火星探测并不是中国的第一次火星探测，早年由于中国在当时还没有大推力火箭，在2011年11月 中国首个火星探测器“萤火一号 ” 火星探测器搭载在俄罗斯"福布斯-土壤"探测器内部，由俄罗斯"天顶号"运载火箭在哈萨克斯坦拜科努尔发射场点火发射，中途由于发动装置没有工作，两次点火没有成功，导致变轨失败，中国的第一颗火星探测器发射以失败告终，这也给中国的火星探测计划造成了影响，为此中国火星探测任务两年内都没有开展新的计划，此次失败也印证了中国的火星探测要想成功，靠别人是不行的，只有自己掌握了核心技术才不会受制于人，为此中国航天人经过长期的 探索 和努力，才有了今天的天问一号的成功。

这次天问一号的任务是很特殊的，国外的火星任务都是单一任务，要么环绕、要么着陆，天问一号由着巡器和环绕器组成，着巡器搭载祝融号火星车，环绕、着陆、巡视三个任务同时进行，是世界首次，难度也是最大的，在长达半年多近4亿公里飞行过程中，要进行4次变轨修正和一次深空机动，最后进入环火轨道，每一次变轨修正都是关键，所谓是差之毫厘失之千里，调整不好，探测器要么飞越火星、要么撞上火星。

遥远的距离带来的就是信号的延迟，信号以光速飞行，地火之间的信号传输还要有20分钟左右的延迟，这还是单次的，若从地球发射信号给探测器，到地球再次接收信号，这个时间会在半个小时以上，想要实时控制探测器那根本不可能了。信号的衰减也是很大的，为了解决信号的接收，中国在天津建了一个亚洲最大，直径70米的天线，再配合其他几台40米、50米天线，构成了中国的深空探测网，才解决了信号接收的问题，而印度和阿联酋的火星探测器也只能靠美国的深空探测网来进行数据的传输。

探测器进行环火轨道后，着巡器要想成功着陆火星，更是要经历恐怖的9分钟，为此天问一号进入环火轨道后并没有急于着陆火星，而是在火星停泊轨道环绕了3个月之后才实行降落的，在此期间探测器对火星进行了详细的探测，做足了充分准备后，着巡器才开始准备着陆火星，由于地火之间信号的延迟长达20多分钟，因为完全要靠着巡器自己根据之前设定的程序和技术完成着陆的工作，大概要进行十几个动作，每个动作都是依次完成，环环相扣，人为无法干预控制，每个动作都是不可逆的，可以说是步步惊心，只能一次成功，一个动作不成功，就会导致整个任务失败。人类之前发射火星的探测器中有一半的探测器就是在着陆的过程中失败的，这个过程确实是恐怖的、不可控的。

火星探测是人类迈向宇宙深空探测的起点，尽管过程很难，屡次失败，但结果是好的，人类正在一步一步地认识火星，认识宇宙，相信人类会一步步征服火星，迈向深空，在不久的将来人类定会入住火星，真正地成为人类的第二家园，相信不会久远！