在嫦娥探月工程不斷取得成功之際，越來越多的中國航天人和愛好者將目光投向火星。2013年印度火星探測器發射後，熱心的中國航天愛好者更是望穿秋水，期待著中國的火星探測器。2016年4月22日，國防科工局局長許達哲在就中國首個(ge) 航天日舉(ju) 行的發布會(hui) 上，宣布了火星探測任務正式立項的消息。按照計劃，中國火星探測器使用“繞落巡”一體(ti) 的設計，將在2020年7月發射，並於(yu) 2021年抵達火星。那麽(me) ，中國火星探測技術是如何一步步發展至今的呢？

　　中國月球探測工程已經發射了嫦娥一號、嫦娥二號、嫦娥三號和嫦娥五號T1，總計4顆探測器，未來還將發射嫦娥五號取樣返回探測器、月球背麵著陸的嫦娥四號和地月L2軌道的中繼星，不僅(jin) 過去的成就舉(ju) 世矚目，更有未來的錦繡前程。相比之下，中國火星探測工程2016年才正式立項，未來也會(hui) 有很大的不確定性。兩(liang) 個(ge) 工程看起來是兩(liang) 個(ge) 階段的事情，很少有人留意到，中國的火星探測和月球探測幾乎是同時起步的。 

　　探月工程正式啟動於(yu) 2004年，嫦娥一號發射升空則是2007年10月24日。而早在2005年11月，中俄兩(liang) 國總理定期會(hui) 晤中，就考慮製定聯合雙邊太空探索計劃，到2007年3月26日，兩(liang) 國簽署聯合探測火星和火衛一的合作協議。根據中俄兩(liang) 國的協議，俄羅斯將利用福布斯－土壤探測器空餘(yu) 的空間和運力，為(wei) 中方搭載一顆火星探測器，這就是螢火一號的由來。 

　　螢火一號火星探測器是中國航天少有的國際合作項目，選擇借船出海而不是自力更生，是因為(wei) 我們(men) 還缺乏深空探測能力。舉(ju) 例來說，當年中國發射的距離地球最遠的衛星是雙星計劃中的探測一號，由於(yu) 火箭入軌控製問題，長征火箭的導航製導控製係統恐怕暫時無法滿足需求。 

　　如果說火箭還可能改進滿足需求的話，測控係統不足的問題就更大了。中國的航天測控網絡，當時隻具備對地球軌道目標的測控能力。為(wei) 了滿足嫦娥一號月球探測器的測控任務，需要在喀什和青島站各新建一座18米的統一S波段測控天線，還借用中科院的大型射電望遠鏡，通過甚長基線幹涉技術進行測控，從(cong) 硬件到經驗都不支持開展獨立的火星探測。 

　　深空探測作為(wei) 純科學性的領域，國際合作早已成為(wei) 主流。國際合作的螢火一號項目，有助於(yu) 中國彌補能力和經驗的短板，多快好省地開展火星探測。合作，對中國航天是有利和必要的，隻可惜後來的發展可謂“計劃趕不上變化”。火星探測對中國航天來說仍然充滿未知，無論是深冷溫度環境的控製還是超低剩磁的控製，或是超遠距離的測控和通信，都是不小的挑戰。但上海航天八院研製螢火一號探測器陸續解決(jue) 了這些技術難題，用23個(ge) 月就完成了一般需要5年才能完成的研製任務。 

　　遺憾的是我們(men) 的運氣實在太差。由於(yu) 俄羅斯方麵研製進度滯後，福布斯－土壤探測器無法如期在2009年10月發射，發射日期隻能推遲到大約26個(ge) 月之後的下一次發射窗口。更糟糕的是，2011年11月9日福布斯－土壤探測器發射後，主發動機沒能進行啟動點火最後墜落太平洋，讓螢火一號探測器也跟著出師未捷身先死。 

　　螢火一號的失敗，無疑給了中國火星探測當頭一棒。在嫦娥一號探測器的成功和中國航天技術全方位進步的鼓舞下，2009年嫦娥一號總師葉培建等人曾雄心勃勃地表示，中國應該獨立進行火星探測。他還表示，獨立火星探測的投資將少於(yu) 嫦娥一號。如果螢火一號項目成功的話，後續獨立火星探測項目的成功立項是很有把握的。 

　　螢火一號之後獨立的火星探測方案不斷出爐，其中，既有上海航天八院的螢火一號改進型方案，也有北京航天五院的嫦娥探測器改進方案。上海八院的方案中，火星探測器以螢火一號為(wei) 主體(ti) ，增加了推進巡航段，使探測器具備了獨立飛向火星和進行製動進入火星軌道的能力，還增加了兩(liang) 個(ge) 30－50千克的火星穿透撞擊器，用於(yu) 研究火星地質構造。 

　　北京五院的方案更為(wei) 大膽，他們(men) 以嫦娥一號平台為(wei) 基礎，更換用於(yu) 火星探測的載荷，並增加了一個(ge) 約50千克小型試驗著陸器，將使用氣動刹車輔助減速進行火星軌道，驗證火星環繞探測和火星大氣進入、下降和著陸的技術，總體(ti) 水平類似歐洲的火星快車。北京航天五院的論文中甚至初步選定了火星著陸的區域，並歡迎其他國家在中國火星探測器上開展合作。 

　　北京和上海的方案並沒有停留在紙麵上，且不說上海成熟的螢火一號，北京五院也進行了大量的研究，突破了火星測控通信的輕型應答機和輕質量天線，以及深空導航製導技術，還進行了火星著陸技術的研究，實際開展了軟著陸氣囊原理樣機的空投演示試驗。 

　　根據航天部門的想法，早則2013年遲至2018年，發射火星探測器都是毫無問題的。火星探測不僅(jin) 僅(jin) 是個(ge) 探測器，中國航天的運載火箭和測控網絡都有了巨大的提高，探月工程中長征三號火箭不斷改進提高製導精度，而喀什站35米、佳木斯站64米專(zhuan) 用深空測控天線的建成，也讓中國的深空測控能力有了飛躍性的進步。 

　　遺憾的是，福布斯－土壤探測器兩(liang) 年的拖延和2011年的失敗，無情地粉碎了這一切，讓中國火星探測計劃被打入冷宮。中國科學家並沒有放棄獨立開展火星探測的希望，2011年後仍然不斷提出火星探測的倡議，但始終沒有得到國家批準立項，隻能眼睜睜地看著印度的曼加裏安號火星探測器在2013年發射成功，並於(yu) 2014年成功入軌。 

　　或許是由於(yu) 印度的成功，2013年中國航天火星探測的構想也有了較大的變化，從(cong) 軌道器為(wei) 主，外加撞擊器或是試驗性著陸器，一路升級為(wei) 軌道器、著陸器和巡視器三位一體(ti) 的概念，預定發射時間為(wei) 2018年。北京五院和上海八院先後提出各自的方案，其中五院的方案較為(wei) 高大上，配備了較大的火星車，需要長征五號火箭發射。而八院的方案著陸器和火星車都較小，甚至可以使用現有的長征三號乙火箭發射。 

　　盡管從(cong) 技術上來說，火星探測對中國人已經不再遙遠，但國家始終沒有正式立項，火星探測26個(ge) 月一個(ge) 窗口的限製，意味著錯過一次就要再等兩(liang) 年多，於(yu) 是計劃中2018年發射的火星探測“繞落巡”探測器，也隻能推遲到2020年了。 

　　2016年1月11日，中國自主火星探測項目終於(yu) 正式立項。根據目前公布的消息，中國的首個(ge) 火星探測器將是一個(ge) 空前複雜的環繞、著陸和巡視結合的項目。 

　　根據報道，中國的火星探測器將在2020年7月使用長征五號大型運載火箭發射，軌道器攜帶著陸器經過地火軌道轉移到達近火點附近，進行減速製動，進入環繞火星的大橢圓軌道。隨後軌道器根據火星大氣的具體(ti) 情況，釋放著陸器進行火星軟著陸，著陸成功後火星車將在火星表麵進行巡視探測，並通過軌道器的通信中繼與(yu) 地麵控製站保持聯係。 

　　火星距離地球最近也有5500萬(wan) 千米，最遠可達約4億(yi) 千米，這給火星探測活動帶來了巨大的挑戰。 

　　火星遙遠的距離，不僅(jin) 提高了火星探測任務測控的難度，通信延時的問題也相當突出。地球火星距離最遠4億(yi) 千米，單程信號延遲23分鍾。如果說月球探測中地麵還能較為(wei) 靈活地控製探測器的話，那麽(me) 對於(yu) 火星探測而言，就必須要求探測器具備自主管理和自主導航的能力。 

　　中國的火星探測器還要進行著陸和巡視探測，更提高了探測器自主執行任務的難度。火星大氣進入、下降和著陸的過程中，地麵不可能對著陸器遇到的意外做出反應，而火星車工作時，更是有可能麵對長達46分鍾的通訊延時。幸運的是，嫦娥三號和玉兔號月球車在自主著陸和巡視上，已經作出了一定的探索，減輕了火星探測器的研製壓力。那麽(me) ，在火星探測之路上，還有哪些新的問題要麵對呢？中國火星探測的未來又如何發展呢？歡迎您繼續關(guan) 注後續精彩內(nei) 容。 

　　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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