钢哥的科学驿站 | “天问一号”的火星之路，降落时的“恐怖7分钟”

文、图/羊城晚报全媒体记者 李钢

今年7月23日，中国发射了火星探测器“天问一号”，漫漫长路，它将经历4亿公里的旅途，去探究那颗红色星球的秘密。中国的“天问一号”究竟有何神奇之处，探寻火星的道路有多艰难？

由广州市科技局、广东科学中心、羊城晚报社共同主办的第77期珠江科学大讲堂，邀请到了国际宇航联卫星商业应用专委会亚太办主任、航天科普专家朱林崎研究员，在广州华阳小学进行了关于“天问一号”以及火星探测的科普讲座。   

每26个月等一次的发射窗口期

朱林崎说，在太阳系的8大行星中，地球和火星挨得很近，但是彼此之间的距离是在不断变化的，最远的时候为4亿公里，最近的时候为5600万公里，以人类现在的航天能力，能够在6个月至10个月时间里，从地球到达火星。

7月23日，中国发射“天问一号”，7月19日，阿联酋发射了火星探测器“希望号”，7月30日，美国火星探测器“毅力号”也发射升空。为什么各国都集中在7月发射？

对此，朱林崎说，由于火星和地球之间的距离是在不停的变化，呈现一个由远到近和由近到远、周期性重复的过程。其重复的周期大约为780天，也就是26个月左右的时间。因此，要发射探测器，就得在最合适的时间进行，所以才会出现扎堆7月发射的情况。

或许，火星是老年版的地球     

火星上一片荒凉，可是，人类为什么要执著地前往？

朱林崎介绍说，地球和火星除了离得近，还长得像。两者都是岩质行星，两者的结构也很像，都仿佛鸡蛋一样，有类似鸡蛋壳、蛋清、蛋黄的结构层。并且，火星的直径是地球的二分之一，质量是地球的十分之一，所以，火星就像是迷你版的地球。

除此之外，火星和地球一样，不仅有围绕地球的公转，也有自转，而且倾斜自转的角度也很接近。但是，由于火星距离太阳较远，所以它绕太阳一周要687天，也就是说，火星上的一年相当于地球上的两年时间。火星地表的温度和地球差别也不是很大，在零下140摄氏度至30摄氏度之间，平均气温是零下63摄氏度，

有意思的是，科学家们用数据推测出了38亿年前的火星，其地表也有流动的水，或许也有生命，很像如今的地球，所以，科学家们认为，现在的火星，或许会是地球“老”了之后的样子。深入探索了解火星，目的之一就是要防止地球变得像火星那样，不适合人类生存。

不仅如此，人类还设想要将火星改造成为第二个家园。按照科学家们的分析，金星、地球和火星处在太阳系的宜居带，都有孕育生命的可能性。所以，科学家提出了将火星地球化的想法，逐步改造火星，将它变得和地球更加相似，更适合人类的居住。

根据现有探测结果，科学家们已经找到了火星上有水冰的证据，冰湖的体积达到了220平方公里，而且很有可能还存在着液态的地下水。科学家们正在进一步对火星上的生存环境进行分析，并提出了适合着陆地区和适合拓荒的地区。

降落火星要经历恐怖7分钟

“天问一号”的发射成功，并不意味着探测任务的成功，只能说是只是迈出了火星探测的一小步。

朱林崎说，在近60年间，人类总共完成了44次火星探测任务，其中只有22次成功抵达火星或者部分成功，而如果尝试着陆火星表面，在20次尝试中，仅有8次着陆成功或者部分成功，成功率仅不到一半。按某些专家的比喻，其难度就好比在快速飞翔的滑翔机上扔出一块石头，在很远的距离上击中公路上行驶的汽车天窗，然后再掉进司机的水杯里。

此外，由于地火相距遥远，所以从地球上发射一个信号给火星探测器，最长可能有23分钟的时延，因此在飞行的过程中，探测器要自主解决很多关键问题，对于探测器本身的技术要求很高。

而如果探测器要着陆火星表面，则要经历“恐怖7分钟”。

朱林崎说，在这七分钟的时间里，探测器要从2万公里的时速降到零，减速的过程要进行1000多个精准动作，通过地球上的信号控制，由于时延的关系，根本不可能实现，因此，就要靠探测器本身来完成。以“洞察号”火星探测器为例：

首先，探测器要利用火星大气层来进行减速，而且探测器切入大气角度必须是12度，角度过大，会撞向更为厚重的大气层，因为摩擦温度太高而烧毁，角度太小，会被大气层反弹回太空。

第二步，要在距离火星表面16公里的高度打开降落伞进行降速，这一打开降落伞的高度也必须保证无比精准，打开太早，降落伞会被气流撕裂，打开太晚，就来不及减速而撞向火星表面坠毁。

第三步，探测器要依靠反推发动机产生向上的推力，减少探测器快速下降的速度，在22秒钟之内保证把速度降到8公里每小时。但是，在探测器触及火星地表的一瞬间，发动机必须马上熄火，否则探测器就会翻倒。

整个过程可谓是惊心动魄，任何一个环节稍有差错，探测任务只能宣告失败。欧洲曾经发射了一枚探测器，仅仅因为一秒钟的误差而坠毁。

“天问一号”：首部一箭三连的探测器

对于人类探测火星的历史，最早可以追溯到四百多年前的伽利略。这位科学先驱用自制的望远镜对火星进行了观测。上世纪60年代，苏联有史以来第一次发射了火星探测器，虽然结果是以失败告终，但是就此开启了人类利用火星探测器去探索火星的历史。

1964年11月28日，美国发射了“水手4号”火星探测器。“水手4号”拍摄了第一张火星表面的照片，让人类第一次看到了火星上充满陨石坑的画面。60年来，总共有7个国家和地区进行了火星探测。

朱林崎说，目前人类使用的火星探测器有三种，一种是围绕着火星转圈的环绕器，主要的任务是实施在轨探测和信号传输；一种是着陆器，要抵达火星表面进行原地探测，还有一种是能够在火星表面运动的火星车。而“天问一号”是一部能够同时实现这三种功能的探测器，如果成功抵达火星，将会是人类历史上首个一次完成火星环绕、着陆和巡视三项任务的探测器，实现深空探测任务跨越式发展。

文昌“航天之父”到场为小院士颁奖

在大讲堂的现场，还举行了广州华阳教育集团少年科学院第二批小院士、科技小达人、金牌探索娃的颁奖典礼。

据了解，广州华阳教育集团少年科学院成立于2019年5月24日，在过去一年多的时间里，华阳少年科学院通过定期的每月“三个一”活动：一次科普讲座、一次科学实践活动、一次科学节目，还有不定期的“探索娃在研究”等活动，扎实推进了华阳教育集团的科技教育工作，期间涌现了许多具有较好科学发展素质，有较强科普意识和动手能力的孩子。海南文昌“航天之父”、国际宇航科学院院士何质彬还到活动现场为小院士们颁奖。