8月25日22時45分，我國首次火星探測“天問一號”任務(wù)探測器已在茫茫太空中飛行了1月余，距離地球超1000萬公里，刷新了中國航天深空探測里程的新紀(jì)錄。“天問一號”的火星之旅還很長，它還將面臨哪些風(fēng)險點，科研人員都有哪些保障技術(shù)和措施?近日，航天領(lǐng)域相關(guān)專家和研制單位接受了本報記者采訪，對“天問一號”任務(wù)探測器的奔火旅程進(jìn)行了詳細(xì)解讀。

踩準(zhǔn)26個月一遇的“探火窗口”

火星是太陽系中與地球最為相似的行星，它的一天是24.6小時，也有四季變化，有大氣。雖然火星表面平均氣溫只有零下63度，但夏天陽光直射的區(qū)域，氣溫能夠上升到20攝氏度，尤其是在火星赤道，極端溫度可以達(dá)到30攝氏度。正因為火星上的環(huán)境接近地球，這也為人類移民火星創(chuàng)造了條件，所以火星是目前人類除地球以外研究程度最高的一個行星。用空間探測器探測火星，幾乎貫穿整個人類的航天史。

“天問一號”任務(wù)火星探測器升空前后，阿聯(lián)酋和美國也發(fā)射了各自的火星探測器。為何大家都紛紛趕著7月下旬到8月上旬這個時間點呢?航天科普專家龐之浩告訴記者，因為這是26個月才輪到一次的“探火窗口”時間。

龐之浩介紹，地球和火星都圍繞著太陽公轉(zhuǎn)，這好比它們在田徑場“賽跑”。地球在里圈，跑得快，365天跑一圈;火星在外圈，跑得慢，687天跑一圈。地球和火星在各自“奔跑”時，最近相距5500萬公里，最遠(yuǎn)相距可達(dá)4億公里。距離相差如此懸殊，人類肯定要在兩位“鄰居”相近的時候送出探測器，以節(jié)省燃料。這個“最近”時間點，每26個月才會輪到一次。

不過，這個“最近”時間點是在今年九十月份。那大家為何選擇在七八月份發(fā)射探測器呢?龐之浩說，這也是因為火星和地球在內(nèi)外圈“跑步”的關(guān)系。如果探測器在兩顆行星最近的時候升空，地球比火星“跑得”快，探測器升空后不久就跑到火星前面去了，無法與火星就近相會。

因此必須要巧妙利用地球和火星的公轉(zhuǎn)位置，提前設(shè)計探測器的發(fā)射軌道。當(dāng)火星位于地球前方約44°時，人類發(fā)射探測器，探測器可以充分利用地球的公轉(zhuǎn)“跑步”速度，追上火星，然后被火星引力捕獲，最終抵達(dá)目的地。這條神奇的軌道被稱為霍曼軌道。按照霍曼軌道的運行規(guī)律，探測器七八月份升空，這樣正好可以趕上九十月份地火距離最近時“偶遇”火星。

“探火之旅”后續(xù)七大難關(guān)步步驚心

中國航天科技集團(tuán)五院介紹，國際上對于火星的探測，起步于20世紀(jì)60年代，截至今年6月底共發(fā)射了44個火星探測器，但任務(wù)成功概率只有50%左右。

龐之浩說，成功實現(xiàn)火星探測，需要渡過八大難關(guān)。目前“天問一號”任務(wù)探測器已經(jīng)順利渡過第一道“發(fā)射”難關(guān)，接下來還有七道關(guān)口，可謂是步步驚心。

■通信難關(guān) 目前“天問一號”任務(wù)探測器已距離地球1000多萬公里，并且依然在以每天約30萬公里的速度遠(yuǎn)離地球，信號強(qiáng)度與距離的平方成反比，這意味著，未來傳回地球的探測器信號將越發(fā)微弱，過去很多探測器就因此失聯(lián)了。

■控制難關(guān) 由于探測器距離地球遙遠(yuǎn)，測控信號延時將越來越長。到最后著陸階段，地火之間的信號傳輸將長達(dá)20多分鐘。這需要探測器有很強(qiáng)的自主工作性能，不能什么都靠地球團(tuán)隊來遙控。尤其體現(xiàn)在變軌、姿態(tài)調(diào)整方面，需要根據(jù)提前注入的數(shù)據(jù)自主開展變軌，因為每秒1米的延時誤差，到火星附近就會產(chǎn)生10公里左右的位置誤差，“差之毫厘”就有可能“謬以千里”。

■能源難關(guān)“天問一號”任務(wù)火星探測器離地球越來越遠(yuǎn)，離太陽也越來越遠(yuǎn)，受到太陽輻射強(qiáng)度大大減弱，這就要求探測器的太陽能電池陣較大，且有很高的光電轉(zhuǎn)化效率，來提供足夠的能源。

■環(huán)境難關(guān) 火星探測器暴露在宇宙環(huán)境中，受損風(fēng)險大增。因此“天問一號”任務(wù)探測器在飛行中需要提前規(guī)劃路線，避開太陽風(fēng)暴強(qiáng)的時候，同時采用防輻射的器件和輻射屏蔽措施。

■入軌難關(guān) 探測器在切入火星軌道過程中，要選擇適當(dāng)?shù)那腥刖嚯x，以便被火星引力捕獲。探測器進(jìn)入火星軌道時“剎車”的力度大小、時間早晚、進(jìn)入角度都會影響引力捕獲的效果。稍有不慎，探測器就會“滑出”火星軌道，或撞到火星上。

■著陸難關(guān) 火星大氣稀薄，高速著陸的探測器要經(jīng)歷恐怖的7分鐘，稍有不慎就會被燒毀或者摔毀。比如2016年發(fā)射的歐洲火星探測器，由于發(fā)動機(jī)提前1秒鐘關(guān)機(jī)，最后“硬著陸”拍在了火星表面上。龐之浩說，有人稱在火星著陸的難度，相當(dāng)于從巴黎打一個高爾夫球，正好落在東京的某個洞里，這毫不夸張。

■工作難關(guān) 探測器著陸以后也不是萬事大吉?；鹦黔h(huán)境復(fù)雜惡劣，尤其是沙塵暴非常厲害，風(fēng)力可達(dá)地球12級臺風(fēng)的6倍，時間長達(dá)三個月到半年，沙塵遮天蔽日，對探測器殺傷力極大。另外火星的溫度比較低，對探測器的著陸器、火星車的溫控系統(tǒng)也是巨大的考驗。

多次軌道修正確保萬無一失

截至8月25日22時45分，“天問一號”任務(wù)火星探測器距離地球突破1000萬公里，探測器飛行正常。在地面，一大批科研人員全力以赴，保障“天問”順利奔向火星。

“天問一號”任務(wù)探測器的火星之旅主要包括6個飛行階段：發(fā)射段、地火轉(zhuǎn)移段、火星捕獲段、火星停泊段、離軌著陸段和科學(xué)探測段。目前探測器處于地火轉(zhuǎn)移段，需要飛行大約6.5個月。中國航天科技集團(tuán)五院火星探測器總體主任設(shè)計師王闖在接受媒體采訪時表示，團(tuán)隊一直在密切關(guān)注探測器的健康狀況，會定期對其進(jìn)行健康檢查。

記者了解到，為確保“天問一號”在預(yù)定時間準(zhǔn)確與火星交會，探測器在地火轉(zhuǎn)移段需要4至5次軌道中途修正和1次深空機(jī)動。8月2日，“天問一號”完成第一次中途修正，后續(xù)擬于9月份進(jìn)行第二次軌道修正。尤其是深空機(jī)動，是一個控制量較大的軌控動作。深空機(jī)動后探測器才算在真正意義上飛向火星，因此更為重要，難度也更大。

當(dāng)“天問一號”經(jīng)歷億萬公里長途跋涉來到火星時，它還將經(jīng)歷著陸階段“恐怖7分鐘”的考驗：探測器高速進(jìn)入時，會與大氣層劇烈摩擦，使得表面溫度急劇升高，就如同一顆流星一樣。如果不進(jìn)行有效防護(hù)，探測器將燒毀在大氣層中。

為此，中國航天科技集團(tuán)一院航天材料及工藝研究所的專家們研制出3種高科技材料，它們將協(xié)同“作戰(zhàn)”，盡全力守護(hù)探測器安全著陸火星。

探測器的著陸方式和地點也有講究。國家航天局中國首次火星探測任務(wù)新聞發(fā)言人劉彤杰之前就曾表示，“天問一號”任務(wù)火星探測器明年2月份左右到達(dá)火星的時候，不會直接降落火星表面，而是會進(jìn)行將近兩個半月的環(huán)繞飛行，對著陸區(qū)進(jìn)行初步探查，在氣候條件好的時候再實施著陸。因為火星北半球平原相對更多一些，所以“天問一號”任務(wù)火星探測器選擇落在北半球的烏托邦平原。

路其漫漫，積跬致遠(yuǎn)。“天問一號”正懷著夢想與期待，在茫茫宇宙中一往無前，奔向神秘的紅色星球——火星!