在上一期節目中，我們(men) 提到，火星探測的風險很高，而中國的首次火星探測器使用複雜的繞落巡設計，更是提高了任務失敗的可能。火星繞落巡的方案屬於(yu) 中國首創，以前還沒有其他國家在一次火星探測任務中，同時實現環繞和著陸巡視探測。雖然環繞、著陸和巡視合一的設計有利於(yu) 使用有限的經費獲得更多的成果，但也帶來了更大的難度和複雜度。那麽(me) ，中國此次的火星探測項目究竟會(hui) 如何發展呢？ 

　　傳(chuan) 統火星探測的固有難度自不必說，中國首次火星探測任務增加了著陸和巡視探測，其中最困難的部分就是穿越火星大氣的下降和著陸過程。由於(yu) 距離遙遠，這個(ge) 過程地麵根本無法實時控製，隻能由著陸器完全自主完成。美國的好奇號火星車就將這個(ge) 過程稱為(wei) “恐怖7分鍾”。 

　　火星探測器總設計師孫澤州表示，他最擔憂的就是火星極為(wei) 不確定的大氣情況。中國尚未開展火星探測，雖然有國外公開的論文和數據，但對火星大氣密度和組成、火星大氣變化規律和火星風暴特征等因素仍然缺乏深入了解，實現成功降落的難度可想而知。中國的嫦娥三號成功實現了月球軟著陸，但月球和火星軟著陸有著巨大的區別，也與(yu) 載人飛船或是返回式衛星的地球軟著陸大相徑庭。 

　　根據現有的報道，中國的火星探測器著陸登陸火星需要經過四個(ge) 階段：熱盾氣動外形減速、超音速降落傘(san) 減速、反推發動機工作減速和著陸腿緩衝(chong) 吸能。這與(yu) 美國近些年的火星著陸探測有明顯區別，倒是與(yu) 最早的海盜號著陸器非常相似。火星著陸的前兩(liang) 個(ge) 階段，由於(yu) 火星重力和大氣與(yu) 地球不同，很難在地麵模擬；後兩(liang) 個(ge) 階段與(yu) 嫦娥三號的月麵軟著陸相似，但也僅(jin) 僅(jin) 是相似。 

　　簡單地說，火星是一顆質量較大擁有稀薄大氣層的行星，這是火星軟著陸最大的麻煩所在。由於(yu) 火星環繞速度大又存在大氣層，火星軟著陸無法像月球軟著陸那樣不考慮防熱，也就是必須考慮氣動外形的因素。一般都要專(zhuan) 門設計熱盾外形，這與(yu) 地球軟著陸較為(wei) 相似；火星大氣又非常稀薄，減速效率遠不如地球大氣層，地球上飛船和返回式衛星都使用亞(ya) 音速下打開的降落傘(san) 即可，而火星著陸器使用的都是超音速降落傘(san) ，而且為(wei) 了保證安全，基本都選擇低海拔地區著陸。 

　　不僅(jin) 如此，火星大氣環境也相當複雜，尤其是不時出現的風暴更是增加了著陸的難度。蘇聯的火星二號探測器的著陸器，就是一頭紮進火星的沙塵暴裏，結果導致著陸失敗。中國的首顆火星探測器進入火星軌道後再施放著陸器，也算是總體(ti) 方案激進的大背景下，細節上借鑒海盜號和火星二號的經驗教訓偏向保守的設計。 

　　2020年是一個(ge) 火星探測的熱門年份，不僅(jin) 中印的探測器發射飛向火星，美國的2020年火星車、俄歐聯合的地外火星車、阿聯酋的希望號探測器屆時也將發射升空，中國火星探測任務將吸引更多的關(guan) 注帶來更大的影響，就更不能為(wei) 了提高首次任務的成功率簡化火星探測器設計了。 

　　火星探測與(yu) 月球探測有很大的區別，遙遠的距離和稀薄的大氣層，以及崎嶇的地形和惡劣的環境，都帶來了不同的挑戰。中國在月球探測上取得了巨大的成功，為(wei) 了提高航天工業(ye) 的技術水平，進一步開展火星探測是理所當然的。 

　　環繞火星的軌道器並沒有太大技術難度，葉培建等科學家曾提出使用嫦娥二號環繞探測火星的構想，一個(ge) 試驗性的火星軌道器除了獲得加入探測火星俱樂(le) 部的虛名，在國家聲望和科學探索上都不會(hui) 有太大的價(jia) 值，這也是中國航天五院和八院早期的自主火星探測方案中，分別增加了試驗著陸器和撞擊穿透器的根本原因。 

　　既然要借著火星探測的東(dong) 風提高中國航天深空探測能力和水平，那麽(me) 一個(ge) 更為(wei) 先進和複雜的環繞、著陸和巡視器，自然是更好的選擇。 

　　話說回來，繞落巡一體(ti) 的設計看似十分激進，但仔細分析跨度並不是太大：火星軌道器對今天的中國航天來說不是什麽(me) 問題；火星著陸器的預研也一直在進行，且不說2011年就已經進行過的氣囊緩衝(chong) 試驗，在2016年3月航天報又報道了五院508所的超音速降落傘(san) 風洞試驗；至於(yu) 火星巡視器，玉兔號月球車麵對的月球環境溫差要比火星苛刻的多，做一個(ge) 能用的火星巡視器同樣不是太大的難題。 

　　不過，孫澤州總設計師也表示，中國火星探測的科學目標還沒有最終確定，但基本集中在幾個(ge) 方麵。這個(ge) 表態道盡了中國深空探測中工程技術優(you) 先，科學探索搭便車的尷尬。如果中國發射類似印度曼加裏安或是阿聯酋希望號那樣的火星環繞軌道器，首次任務缺乏經驗，載荷性能恐怕也不盡人意。 

　　美國從(cong) 海盜號開始，發射了為(wei) 數不少的火星著陸器和火星車，但火星還是有太多的地方充滿未知和機遇。例如，美國航天局規劃的2020火星車已經預選了8個(ge) 著陸區，但這部火星車隻能探測一個(ge) 地點，其他具備同等級科研價(jia) 值的7個(ge) 區域隻能放棄。中國首次火星探測任務的火星車重量和科學儀(yi) 器水平都向機遇號火星車看齊，與(yu) 好奇號和火星2020有很大差距，但仍有希望獲得新的科學發現。 

　　從(cong) 這個(ge) 意義(yi) 上說，中國首次火星探測技術上最大的難點在於(yu) 著陸，而最有科學價(jia) 值的部分在於(yu) 巡視探測，這個(ge) 結合環繞著陸和巡視的火星探測方案，兼顧了經費投資、工程技術和科研任務，雖然存在一定的風險，但也是目前形勢下最好的選擇。 

　　中國的月球探測計劃循序漸漸的繞落回三步走給人留下了深刻印象，中國航天和中科院早期的規劃中，火星探測同樣打算謹慎地進行繞落回三步走，但隨著技術和能力的提高，火星環繞和著陸探測已經合二為(wei) 一，於(yu) 是三步走也就成了兩(liang) 步走，首次火星探測繞落巡任務之後，中國將進行空前難度的火星取樣返回任務。 

　　火星取樣返回任務是火星無人探測皇冠上的明珠，它不僅(jin) 具有極高的技術難度，花費同樣不菲。美國從(cong) 20世紀60年代以來進行火星飛掠、火星環繞、火星著陸和火星車巡視探測，但在火星取樣返回任務上仍然充滿挑戰，而目前估算的高達50億(yi) －90億(yi) 美元的任務開支，讓美國航天局也不得不拉上歐空局聯合進行。 

　　中國航天打算挑戰火星取樣返回這樣的旗艦級任務，可不僅(jin) 僅(jin) 是勇氣可嘉，而是認真開展了各種預研準備工作。 

　　2015年中國火星取樣返回的論文中，甚至直接借用了嫦娥五號的概念，使用一個(ge) 330千克的鍾形返回艙攜帶火星樣品返回。至於(yu) 火星取樣返回任務的火星著陸和取樣技術，也在2020年火星繞落巡任務中得到驗證。 

　　如果2020年火星繞落巡探測任務進展順利的話，中國有望和美歐同步開展火星取樣返回任務，這將使中國的火星探測技術和能力達到國際領先水平，而包括嫦娥五號在內(nei) 的一係列任務，將為(wei) 火星取樣返回任務奠定堅實的基礎。 

　　不過話說回來，在沒有充分進行火星遙感和巡視探測的條件下，缺乏對火星土壤、水冰、礦物、岩石和地質構造的深入了解，火星取樣返回，在科學上或許並不是一個(ge) 好主意，有可能勞師動眾(zhong) 花費巨資，取回的樣品卻不具備足夠的科研價(jia) 值。但無論如何，2020年發射的中國火星探測任務都是一個(ge) 值得期待的開始。 

　　好的，今天的非常科學到這裏就要告一段落了。如果您想要了解更多的科普信息，可以搜索微信公眾(zhong) 號“feichangkexue”來關(guan) 注我們(men) ，或者通過新浪官方微博“經濟之聲非常科學”與(yu) 我們(men) 節目組進行互動。主持人亞(ya) 楠代表編輯製作感謝大家的收聽，並誠邀您明天同一時間繼續與(yu) 我們(men) 相約《非常科學》。 



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