本文專(zhuān)家:劉勇，中科院國(guó)家空間科學(xué)中心研究員，博士生導(dǎo)師，中國(guó)科學(xué)院“百人計(jì)劃”學(xué)者

近日，火星探測(cè)又上了熱搜。因?yàn)橛幸粋€(gè)重磅新聞稱(chēng)，我國(guó)將于2020年發(fā)射火星飛船去探測(cè)這個(gè)紅色的神秘星球。


新聞截圖

截至目前，人類(lèi)進(jìn)行過(guò)40多次火星探測(cè)，人們對(duì)火星的了解僅次于地球，但其實(shí)去趟火星一點(diǎn)也不簡(jiǎn)單。

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如果把探測(cè)次數(shù)比作出鏡率，拋開(kāi)地球，火星絕對(duì)是八大行星中最紅的一個(gè)。

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火星為什么如此讓科學(xué)家著迷？去火星的旅行需要多久？火星飛船要探測(cè)啥？讓我們來(lái)一一解答。

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為什么要探索火星？

首先，我們得知道火星到底是個(gè)什么樣的星球。

火星，我國(guó)古代稱(chēng)之為“螢惑”，因?yàn)楸砻娣植贾罅胯F銹（三氧化二鐵），所以呈橙紅色，叫火星很名副其實(shí)了。

火星是一顆沙漠星球，地表布滿了沙子和石頭，但是億萬(wàn)年前火星地表有過(guò)大片江河湖泊，可能曾經(jīng)有生命。

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水是怎么從火星上消失的？我們能否在火星上找到生命？這些有趣的問(wèn)題，吸引著全世界的人們，希望通過(guò)探測(cè)來(lái)找尋答案。

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另一個(gè)原因是火星太像地球了，是一個(gè)潛在的移民點(diǎn)。

我們都知道太陽(yáng)系有八大行星，雖然金星和火星都離地球很近，都是類(lèi)地行星，同樣位于太陽(yáng)系的宜居帶上，有可能存在生命，但只有火星的環(huán)境和地球更相似。

時(shí)間方面，火星上的“一天”和地球上的一天相近，因?yàn)榛鹦堑淖赞D(zhuǎn)周期約24.6小時(shí)，而火星上的“一年”就相當(dāng)于地球的兩年了，因?yàn)榛鹦枪D(zhuǎn)周期為687天，約地球的2倍。

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大氣方面，火星也有大氣層，雖然大氣壓只有地球的1/100，但比100多個(gè)大氣壓的金星大氣友善多了，盡管火星表面時(shí)不時(shí)會(huì)刮沙塵暴，但至少不會(huì)像金星一樣，一不開(kāi)心就天天下濃硫酸雨。

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溫度方面，因?yàn)闇厥倚?yīng)，金星表面溫度超過(guò)400℃，而火星的地表的平均溫度為-57℃，夏季時(shí)最高溫度甚至還比哈爾濱夏天涼快一點(diǎn)（約22℃）。

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從地球如何一步步飛到火星？

在2019軟件定義衛(wèi)星高峰論壇上，中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)自遠(yuǎn)介紹，中國(guó)明年將要探測(cè)火星，人類(lèi)探測(cè)火星已有45次，但成功的只有18次。

為什么去火星那么難，任務(wù)容易失敗？這要從火星飛船的全部飛行過(guò)程來(lái)講起。

飛船從發(fā)射到抵達(dá)火星一般分為三個(gè)階段：

一是地球環(huán)繞階段。這個(gè)階段飛船在環(huán)繞地球飛行，每次在近地點(diǎn)實(shí)施點(diǎn)火加速，經(jīng)過(guò)幾圈的加速后才能掙脫地球，奔向火星。

第二個(gè)階段被稱(chēng)為奔火段。這個(gè)階段一般需要飛行幾個(gè)月飛船才能抵達(dá)火星附近。

第三個(gè)階段剎車(chē)階段。通過(guò)剎車(chē)，飛船速度降低進(jìn)而被火星捕獲，環(huán)繞火星飛行，開(kāi)展科學(xué)探測(cè)任務(wù)。

由于地火距離遙遠(yuǎn)，飛向火星的時(shí)間較長(zhǎng)（約7個(gè)月），對(duì)航天測(cè)控和飛船部件的要求極高，任何一個(gè)環(huán)節(jié)和部件出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致任務(wù)失敗。所以迄今為止，能登陸火星并成功探測(cè)的屈指可數(shù)。

為啥每26個(gè)月才有一次探測(cè)的機(jī)會(huì)？

火星是地外行星，軌道半徑約2.3億公里，而地球的軌道半徑是1.5億公里，因此，地火距離變化很大，最遠(yuǎn)時(shí)超過(guò)4億公里，最近時(shí)約5500萬(wàn)公里，只有在地火距離最近時(shí)發(fā)射才最經(jīng)濟(jì)，最節(jié)約時(shí)間。

此外，地球和火星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)一周的時(shí)間并不一樣，火星需要約687天，而地球只有365天。由于地球和火星公轉(zhuǎn)周期的差異，地火距離最近的機(jī)會(huì)平均每26個(gè)月才有一次，這就是航天上常說(shuō)的發(fā)射窗口。

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按計(jì)劃我國(guó)將在明年發(fā)射火星探測(cè)飛船，如果錯(cuò)過(guò)了這個(gè)窗口期，那只能等到2022年才會(huì)有新的發(fā)射機(jī)會(huì)。

都需要啥探測(cè)裝備？

我國(guó)計(jì)劃明年發(fā)射的火星飛船將包括一個(gè)火星環(huán)繞器和火星著陸器。

環(huán)繞器和著陸器上都搭載了探測(cè)設(shè)備，這些設(shè)備也叫有效載荷。飛船就是一個(gè)運(yùn)輸工具（平臺(tái)），而真正進(jìn)行科學(xué)探測(cè)的是平臺(tái)上搭載的有效載荷。


這些載荷大致可分為四類(lèi): 成像設(shè)備，雷達(dá)，場(chǎng)探測(cè)和粒子探測(cè)。

首要的載荷是成像設(shè)備，它是探測(cè)器去火星“旅游”時(shí)攜帶的相機(jī)，當(dāng)然這個(gè)相機(jī)比我們?nèi)粘Ｓ玫囊呒?jí)很多，能滿足各類(lèi)科學(xué)需求，比如可以對(duì)不同的光譜進(jìn)行成像。

我國(guó)的火星環(huán)繞器上配置了兩臺(tái)相機(jī)和一臺(tái)光譜儀，這樣就能對(duì)火星的地形地貌，以及物質(zhì)組成有個(gè)了解啦。


雷達(dá)在行星和月球探測(cè)中用得非常多。此次也不例外，火星車(chē)和環(huán)繞器上都帶有雷達(dá)，用以研究火星表面的土壤以及內(nèi)部的構(gòu)造。

工作人員在歐洲測(cè)試載荷，作者提供

此外，飛船和著陸器上都配置了磁強(qiáng)計(jì)、粒子探測(cè)儀、火星氣象測(cè)量?jī)x等設(shè)備，用以完成不同的科學(xué)探測(cè)任務(wù)，加深我們對(duì)火星的了解。

祝愿我國(guó)火星探測(cè)計(jì)劃能順利實(shí)施，

解開(kāi)更多關(guān)于火星的科學(xué)謎團(tuán)！


定了！下個(gè)目標(biāo)——火星！

圖文簡(jiǎn)介

我們來(lái)了