2020年7月23日12时41分，"长征五号"遥四运载火箭托举着我国首次火星探测任务"天问一号"探测器，在中国文昌航天发射场成功点火升空。

近日，航天专家、北京大学地球与空间科学学院教授焦维新接受记者专访，他详细介绍了我国"天问一号"探测器未来环绕、着陆、巡视火星时的很多技术环节以及其中的难点。

焦维新表示，因为火星距离地球太远，飞行器届时将无法人为操控，只能按照已设定的程序进行操作，而飞行器着陆时更要经历"黑色七分钟"，过往不少飞行器都在这七分钟里被损毁;此外巡视火星时，飞行器还要提防火星上的沙尘暴;而提到"移民火星"的说法，焦维新表示:"未来可以去火星旅游，但没必要去定居，因为要让火星适宜人类生存，至少需要改造800年~1000年，而地球上还有1/3的土地是沙漠，改造沙漠显然要比改造火星容易得多。"

挺过"黑色七分钟"是关键

记者:"天问一号"已经成功发射，在前往火星的历程中，它还要经历怎样的挑战和困难?

焦维新:在飞行期间，"天问一号"不会遭遇什么困难，它只要根据预定的轨道飞行，假如它的位置与方向和之前的设定有一定差距，地面控制人员做几次轨道修正就可以了。

" 天问一号"遇到的第一个难点将是切入火星轨道。当探测器到达火星附近时，速度是3km/s，但火星轨道的逃逸速度是1km/s，如果飞行器以这个速度靠近火星，火星的引力场就无法将它"捕获"，它在火星附近拐个弯就跑太阳系里去了。这时，它就要调转180°，利用发动机反方向点火减速，时间约是20~30分钟，之后它才能被火星引力"捕获"。

这一操作的难点在于，探测器当时和地球相差一亿多公里，而通信的单程时间就要十多分钟，操作时还在火星的背面，因此人们不能通过地面指令对它进行遥控，只能依靠飞行器原本设定的程序来操作。

之前日本的火星探测器在这个阶段时没控制好，探索就以失败告终。

这一关过后，"天问一号"就将变成火星的卫星了。但一开始，它的轨道离火星还比较远，不太适合进行科学探测， 这时就可以开动发动机，进行轨道机动，降低探测器的高度，但这种方式会消耗燃料，这对已经长途跋涉的飞行器来说并不可行;另一种方法则是利用火星的大气阻力，让探测器逐渐减速，一点点接近到可以进行科学探测的高度。

这一高度达到后，飞行器就要开始寻找合适的着陆点，抛出着陆器。尽管火星大气层比较稀薄，但着陆器的速度比较快，还是会和火星大气摩擦生热，让着陆器表面像一团火，一般着陆器前面有一个热屏蔽层用来隔热，等到速度降下来后，热屏蔽层就被抛掉，打开降落伞减速。

尽管火星空气稀薄，但因为降落伞比较大，对减速还是起到很大的作用的。当速度降低到一定程度时，降落伞也将脱落，这时着陆器的反冲发动机点火，让速度进一步减低，并悬停在空中一段时间，其间观察着陆点是否适合着陆，查看是否有大的陨石坑和岩石，如果有，就让着陆器平行移动，躲开这些障碍物再进行下落。

当着陆器最后与火星地面接触时，依靠着四条有弹性的"腿"，能起到一定的缓冲作用。从把着陆器抛射出来到着陆器着陆，时间为七分钟，这被科学家们称为"黑色七分钟"，也将是"天问一号"最惊险的一段旅程。

此前欧洲空间局发射的两个火星探测器，两个火星车都在这七分钟的着陆过程中失败了，因为着陆对技术的要求非常高，从地球传信号到着陆器要十多分钟，远大于七分钟的着陆时间，因此在地球的工作人员无法操控，只能依靠着陆器自身设定的程序。

等平安落地后，火星车就开始工作了。这时比较大的风险则是遭遇沙尘暴，沙尘暴覆盖了太阳帆板，会让帆板效率降低，这时火星车可以通过抖动来帮助把沙子去除，像"勇气号"火星车等之前都遭遇过沙尘暴的麻烦。

总的来说，"天问一号"能否成功进入火星轨道，能否躲过"黑色七分钟"，都将是火星探测的关键。而要顺利完成任务，靠的是仪器设计的可靠性和程序设计的合理性。

如成功将让人类更进一步

记者:"天问一号"上会带哪些先进的设备?如何将数据送回地球?

焦维新: "天问一号"装载着大约240公斤的太阳能漫游车，预计将在火星上运行约90天。"天问一号"任务总共有13个科学有效载荷，轨道飞行器上的七台仪器包括两台摄像机、火星轨道地下探测雷达、火星矿物学光谱仪、火星磁力仪、火星离子和中性粒子分析仪以及火星高能粒子分析仪;流动站上安装的六种仪器是多光谱摄像机、地形摄像机、火星探测器地下探测雷达、火星表面成分检测器、火星磁场检测器和火星气象监测器。这些设备采样的数据将被存储下来，定期传回地球。

文章来源：《探索科学》 网址: http://www.tskxzzs.cn/zonghexinwen/2020/0807/550.html