【火星探測．懶人包】5個問題解密中國火星探測器「天問一號」

7月23日（周四）12點41分，搭載「天問一號」火星探測器的長征五號遙四火箭在海南文昌市發射升空。「天問一號」探測器預計明年2月份抵達火星。此次火星探測將一次性完成「繞、落、巡」（環繞探測、降落火星、巡視探測火星表面）三大任務。
本文解讀了圍繞火星探測器「天問一號」的相關問題，讓讀者簡易了解箇中奧秘。

「天問一號」探測器發射升空（點圖放大）：

1）「天問一號」探測器為什麼這麼重？

北京大學地球與空間科學學院教授、中國空間科學學會、空間探測專家委員會副主任焦維新解釋，「天問一號」探測器由環繞器、著陸器和巡視器組成，重量達到5噸左右。在全世界各國（組織）發射的火星探測器看，「天問一號」算是一個比較大體量的探測器。

大多數火星探測器都屬於單獨發射─一次發射一個設備，軌道器（環繞器）、火星車（著陸、巡視設備）分開發射，比如今年美國將要發射的毅力號火星探測器，只包含一輛火星車，重量只有1噸左右。但中國這次的任務是一次發射並完成火星環繞、著陸和巡視三項任務，因此體量較大。

官方正式發布「天問一號」1:1著陸平台和火星車模型（點圖放大）：

2）如何把「天問一號」送上奔往火星的軌道？

焦維新解釋，發射深空探測器需要運載火箭提供足夠的發射能量，使探測器獲得足夠大的初始速度。「天問一號」要脫離地球的引力場並進入地-火軌道，速度必須超過第二宇宙速度─11.2公里/秒，才能飛向自火星，否則探測器只能繞著地球轉。

這項火星探測器發射任務只能由中國現役最大的火箭長征五號承擔發射任務。長征五號火箭總長約57米，箭體直徑達到5米，是中國目前體積最大的火箭，也是運載能力最強的火箭。

7月17日， 實施首次火星探測任務的長征五號遙四運載火箭垂直轉運至發射區（點圖放大）：：

3）為什麼26個月才能等到一次窗口期？

2020年火星任務的發射窗口期是在7月15日至8月5日。中國、阿聯酋、美國都會在這個窗口期發射各自的火星探測器。

焦維新解釋，在太陽系中，地球、火星都繞著太陽公轉，地球在內圈、火星在外圈。地球發射的探測器要去火星探測，探測器需一邊往前飛，一邊往外靠過去，飛行軌跡是一個橢圓的軌道。等到探測器飛了一段時間到達火星軌道時，火星也正好公轉到同一個地方，這時探測器就可以被火星引力吸引。

經過科學家計算，當探測器繞過太陽運轉半圈後再往火星飛去，是最節省能量的。要完成這場「約會」，發射探測器時對於火星和地球的相對位置是有特別的要求：當地球和火星都在太陽的同一邊，火星要在地球前方一些，此時太陽和地球之間畫一條線，太陽和火星之間畫一條線，這兩條線之間的夾角達到44°。每隔26個月才會出現一次這個情況，2020年夏天正正出現這個情況。

4）「天問一號」會經歷什麼考驗？

從20世紀60年代開始，多個國家和組織先後發射了火星探測器，完全成功率不足50%。焦維新說：「有的探測器是發射成功，但是後來工作幾天通訊系統出問題，就失聯了；也有的是火星車著陸失敗」。

焦維新解釋當中的難度時指，當「天問一號」慢慢接近火星，以便被火星的引力捕獲而進入環繞火星軌道時，它又需要一直降速─從11.2公里/秒，一直降到大約3公里/秒，但是速度不能低於火星的逃逸速度1公里/秒，否則火星又吸不住「天問一號」了。「天問一號」需要用大約30分鐘左右的時間點火減速，這個過程中探測器會飛到火星背面去了，這是一個地球完全沒有辦法聯繫到「天問一號」的時間段。

「天問一號」還有著陸器，要再多經歷一個生死7分鐘─從進入火星大氣層到著陸火星地表的時間。這是巨大的考驗，歐洲太空總署（ESA）兩次火星探測任務，都在這一步空虧一簣。如果著陸器減速過大，容易一頭撞到火星上去。此外，高速運動的著陸器表面會產生攝氏一兩千度的高溫，降落時著陸器的迎風面跟一團火似的，全靠一塊熱屏蔽幕保護著陸器和裡頭的火星車。天問的著陸器有一個富彈性的緩衝支架，在降落過程中，會拖著著陸器來回緩衝，直至平穩落地。

火星表面精彩圖片（點圖放大）：

5）為什麼要選擇探測火星？

火星比地球小，赤道半徑、平均直徑約為地球的一半，體積在太陽系中列第七位，相當於地球的15%，質量約為地球的10.8%，表面重力加速度為地球的38%。火星是太陽系中與地球最相似的一顆行星。人類不斷探索火星，提供了可能回答生命起源和演變問題的機會，更探索火星成為人類生存目的地的可能。

（綜合報道）