自从人类成功踏上月球，火星，便成为我们的下一个“征战之地”。

这颗红色星球上是否存在生命？未来能否将火星改造成人类宜居住的星球？一个个待解之谜，推动着人类探索火星的脚步不断加快。

近日，中国宣布正式启动火星探测计划，将在2020年发射火星探测卫星，并争取一步实现环绕火星、着陆和在火星表面巡视探测的任务。

1 弯道超车——一步实现“绕、落、巡”

火星，是太阳系中与地球环境最相似的星球，也被认为是最有可能存在地外生命的星球。了解火星的土壤、环境、大气以及是否有水的存在，对于研究生命起源，研究人类自身和地球所处的环境都有重要意义。

正因如此，火星早已是各国星际探测计划中的必争之地。

“美国从上世纪六七十年代就开始发射火星探测器，2012年8月，美国宇航局‘好奇号’探测器登陆火星，为地球带来了海量火星照片，火星的真实‘面庞’终于清晰地展现在人类面前。”河北师范大学物理科学与信息工程学院教授李冀介绍说，去年9月，美国航天局的科学家再次发表震惊世界的声明，指出他们在火星上找到了流动的液态水。俄罗斯也不甘落后，不但第一个实现了火星软着陆，日前他们又公布了动物火星计划，预计2017年将送猴子前往火星。

不过，想要去趟火星，也并非那么容易。

日本的火星探测器“希望”号曾于1998年发射，但未能到达火星轨道。欧洲空间局的探测火星计划也波折重重，本世纪初就开始启动的计划拖了10多年以后才实质性启动。2011年11月，中国首颗火星探测器“萤火一号”也曾搭乘俄运载火箭发射升空，遗憾的是，飞行过程中出现意外，可以说“创业未半而中道崩殂”。

那么，此次我国启动火星探测计划，为何选在2020年呢？

据了解，从地球出发的火星探测器每隔26个月才有一次发射机会，因为每隔26个月，太阳、地球、火星就会排列成一条直线，地球居中，称为火星冲日，此时地球和火星距离最近，也是发射火星探测器的好机会，这样的发射机会被称为发射窗口。

“今年刚刚过去的5月22日即是火星冲日，按26个月的火星冲日周期，2020年9月将迎来的另一个发射窗口在时间上可满足我国本次探测需要。但即便是在发射窗口出发，地球和火星之间的距离仍有约5500万公里，探测器仍需飞行9个多月才能到达火星。”李冀说。

而令外界最为惊叹的是，我国的火星探测计划中提出，将一步实现环绕火星、着陆和在火星表面巡视探测的任务。

“现在世界上在火星上着陆巡视成功的只有美国，但从来没有哪个国家一次任务就同时实现环绕和着陆巡视，我们要一步到位，应该说这是一个雄心勃勃的计划。”李冀这样评价。

李冀分析说，国外在火星着陆任务之前都有很好的环绕任务保障，有环绕卫星在火星附近，可以对着陆过程以及着陆后的数据通信提供及时支持。而中国的火星着陆巡视器是环绕火星不久后，就要与环绕器分离并降落，这对于着陆后的火星车自主能力提出了更高要求。此外，这样的任务在轨道设计上更加复杂，要兼顾着陆和环绕轨道的双重要求。

还有业内人士指出，中国的火星探测计划属于创新之举，因为同一个现象在空间和表面会有不同的表现，“绕”“落”同时进行，可以对火星表面和空间进行联合探索，更有利于揭示未知现象的本质。

2 关键环节——如何克服“黑色7分钟”

统计数据显示，自20世纪60年代以来，国际上已实施的42次火星探测任务，成功率仅为52%。

而我国要实现“一步到位”，底气来自哪？

中国航天科技集团五院火星探测器总设计师孙泽洲在接受媒体采访时指出，我国之前的探月工程已为火星探测打下了很好的基础，如果没有探月工程，希望火星探测一次就着陆并让火星车走起来，是不现实的。但是，火星探测仅有一半的环节与探月具有相似性。

“与探月工程相比，探测器飞往火星需要面临更多的问题，其中能量和着陆是科学家需要解决的两个最重要的问题。”李冀指出，飞行器长期工作，距离太阳越远，太阳光越弱，飞到火星的话太阳能电池的效率会很低，而靠其他星球引力提供能量又会耗费更多的时间。此外，火星车或着陆器，要穿过火星大气层才能“踏”上火星表面，这期间需要经历惊心动魄的“黑色7分钟”。

为何这么说？先来看看着陆过程。

探测器接近火星后，首先是要让它被火星引力捕获，环绕火星飞行。探测器在环绕轨道上做一些轨道调整，同时对仪器进行检测，还将对火星的形貌开展探测。然后在合适时机，与环绕器分离的着陆巡视器将进入火星大气，着陆到火星表面并释放火星车，开展巡视探测。与此同时，环绕器继续在轨道上运行，它一方面进行科学探测，另一方面为火星车提供对地面的数据中继服务。

“探测器从131千米的高空进入火星大气，时速高达21000公里（约每秒5.9公里），要在短短7分钟时间内，让巡视器的速度降至零，并实现着陆，这是所有火星探测任务中难度最大、失败概率最高的环节。”李冀分析说，火星大气和地球大气有很大差别，火星大气稀薄，只有不到地球大气密度的1%，火星大气成分95%以上是二氧化碳，而且火星大气非常不稳定，常发生风暴等，这些都大大增加了探测器着陆难度。

此外，由于地球与火星距离遥远，平均距离达2亿多公里，光传播过去至少需要11分钟，这意味着探测器从火星发回的信息都是11分钟之前的，指令发出后再需要至少8分钟传输给探测器，来回就需要至少22分钟，远远超出探测器着陆所需的“7分钟”。因此，这7分钟探测器无法由地球指挥中心实时控制，而要由探测器自带的智能系统独立完成着陆。

“难度还不止这些，因为不同于路面设备的测试，深空探测事先无法进行实地测试，只能尽可能模拟着陆过程，而火星表面环境到底是什么样，没有人去过。火星探测器出发前，科学家将通过研究天文观测和之前火星观测传回的照片，分析确定大致的一片降落区域。但火星表面气候变化多端，星表形态多种多样，因此，必须让探测器有足够的智能性，成为一个具有自主识别、自主导航、自主控制能力的智能机器人，才能保证探测器的精确着陆。”李冀说。

那么，火星那么大，我国的火星探测器最终将落到哪里呢？

“着陆区域应该是在设计初期就确定，因为着陆区的选择与进入、减速和着陆过程，以及能源、轨道的设计都是相关的。”孙泽洲说，当然具体落点要根据实际在轨、入轨精度等情况最后确定，综合地形复杂度、高程、光照条件、温度等因素考虑，火星比较适合着陆的地点在北纬5度至30度的区域。

3 畅想未来——让火星成为人类“第二家园”

成功到达火星后，我国的火星探测器将执行哪些任务？

有关人士透露说，我国火星探测的科学目标还没有最终确定，但基本围绕以下几个方面：通过光学遥感探测火星形貌，看看火星表面长什么样；通过光谱等探测火星土壤元素、矿物成分及岩石类型；探测火星空间环境，包括火星大气；探测火星土壤结构及水冰，火星表面甚至地下浅层是否有水。

“探测火星，标志着中国正式进军深空探测。与通讯、导航、遥感等各种人造地球卫星相比，深空探测的实用价值在短期内很难显现，其意义更多在于科学前沿的探索。”李冀表示。

当然，人类探索火星的目的肯定不仅仅是为了认识它。

据了解，目前已有科学家开始探讨将火星改造成“蓝色行星”的可能性，并提出了改造愿景、科学步骤和实施方案。其中，很多研究行星科学和深空探测的科学家坚信，通过人类的智慧和努力，火星完全能被改造成生机盎然的“小地球”，展现“青山绿水”，成为人类的“第二家园”。

让火星成为人类的“第二家园”，不论未来能否实现，但近年来人类探索的脚步确实在不断加快。

就在最近，美国太空探索技术公司SpaceX宣布，最快将于2018年向火星发射无人飞船。这项任务包括将“赤龙”飞船发送到火星，取回美国宇航局火星车收集的样本，然后返回地球。

SpaceX首席执行官马斯克补充说，“‘赤龙’号任务是首次试飞，但是不推荐输送宇航员同行，毕竟航天舱内部容量只有一辆SUV的大小。”

“虽然最早登陆火星的飞船还不准备载人，但是，‘赤龙’飞船是专门为载人或载物而设计的。如果它成功登陆火星，那无疑将人类送往火星也将指日可待。”李冀说。（记者 刘荣荣）

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