近日，“中国火星探测工程名称和图形标识全球征集活动”在北京正式启动。在活动现场，预计于2020年发射的火星探测器和火星车的外观设计结构也首度对外公开。

火星探测任务工程总设计师张荣桥表示，2020年中国首次火星探测计划一次实现“环绕、着陆、巡视”三个目标，这是其他国家首次实施火星探测从未有过的，面临的挑战也是前所未有。

火星距离地球的最远距离达4亿千米，同时受天体运行规律的约束，每26个月才会出现一次最有利的火星探测器发射时机。从现在算起，到2020年前后，只有2018年和2020年两个发射窗口。专家表示，2020年左右的火星表面将至少同时聚集来自中、美、欧、俄的四个火星探测器，火星探测的竞争可能达到白热化。

首艘火星车着陆耗时长达304天

与“围着地球打转”的月亮不同，火星和地球围绕太阳公转。地球的公转周期是365个地球日，而火星的公转周期是687个地球日，两者会合周期是779.9天，也就是26个月一次。

从理论上来说，地球和火星最近点将发生于火星位于距离太阳最近点（近日点），而地球位于距离太阳最远点（远日点），这样两者之间的距离只有5460万千米。然而，这在历史上从未发生过。两者最近距离发生于2003年，相距5600万千米。

这每隔两年多才有的地火最近距离，就被称为发射窗口。只有在这个时候发射，才能尽可能缩短赴火星的路程，节约时间，也节省燃料。从目前来看，之后的两个发射窗口分别在2018年和2020年。

需要说明的是，由于地球、火星在环绕太阳的轨道上持续运行，飞船并不能简单的“直来直去”，还要考虑探测器如何被火星轨道“捕获”等许多因素。可以说，历史上每个探测器的飞行轨道都是独一无二的，需要轨道动力学家进行大量计算确定，所费时间也不尽相同。例如，1971年，历史上第一艘环绕火星的探测器“水手9号”花费了168天抵达火星轨道，而1975年第一艘着陆火星的“维京1号”则花费了304天。

行星科学家、中科院国家天文台副研究员郑永春介绍，2020年左右的火星表面将至少同时聚集来自中、美、欧、俄的四个火星探测器，火星探测的竞争可能达到白热化。

这其中，最有名的要数包括欧空局和俄罗斯航天局合作的ExoMars火星探测任务。ExoMars分两次发射，先发“星”，后发“车”。2016年3月14日，ExoMars发射了一颗火星微量气体任务卫星（TGO），目前正在奔赴火星的路上。TGO将搭载1台固定式登陆气象测站，并将绘制出火星甲烷和其他气体来源地图，以协助选择之后发射的ExoMars火星车着陆地点。
 

整个着陆过程无法由地面实时控制

相对于38万千米外的月球，火星离地球的距离实在太远了，按地球与火星之间的平均距离计算，假设光从火星表面出发，到达地球也需要12.5分钟。因此，对于人类来说，将探测器送到火星是极大的挑战。

郑永春介绍，自19世纪60年代末期以来，人类已进行40多次火星探测任务，虽然其中一些探测器获得了成功，但也有很多任务失败。一份来自康奈尔大学的统计数据显示，2010年之前，前苏联的火星探测任务共失败14次，美国有5次任务失败，日本和俄罗斯也各有1次失败经历。

与世界上其他航天强国相比，我国的火星探测起步较晚。郑永春介绍，早期的火星探测大多从环绕探测起步，逐渐发展到环绕和着陆探测相结合，近年来已经发展到以巡视探测为主的阶段。随着我国航天技术的进步和对火星表面了解程度的加深，直接跳过单纯环绕探测阶段，将环绕探测与巡视探测相结合，是我国高起点开展火星探测的理性选择。

事实上，本次2020年中国火星计划，的确承担了多个任务。火星探测任务工程副总指挥、探月与航天工程中心主任刘继忠介绍，本次任务不仅要实现环绕火星全球遥感探测，还要突破火星进入、下降、着陆、巡视、远距离测控通信等关键技术，这是其他国家第一次实施火星探测从未有过的，面临的挑战也是前所未有的。

郑永春介绍，失败的火星探测任务中，问题大多出在探测任务的着陆阶段。火星探测器总设计师孙泽洲说，由于地球与火星距离遥远，整个过程无法由地面实时控制，所以必须依靠探测器自主完成。但因为没有那么多的推进剂来抵消那么高的速度，所以着陆火星时，减速要依靠火星大气的作用。最关键的就是气动、减速和开伞这些环节，也是风险最大的地方。

张荣桥介绍，目前，我国已解决工程的关键技术，协调了五大系统之间的技术接口，正在开展单机产品的研制和生产，后续还要开展分系统、系统的建造以及测试和实验，工程正按计划稳步推进。

飞向火星过程

1 预计2020年七八月间在海南文昌发射，由长征五号运载火箭将火星探测器直接送入地火转移轨道

2 星箭分离以后，火星探测器展开太阳能帆板，开启定向天线，并实施发动机点火，奔赴火星

3 火星探测器飞行约7个月后，进入火星轨道，随后着陆巡视器与环绕器分离

4 环绕器环绕火星飞行，对火星全球环绕探测，同时为着陆巡视器开展中继通信

5 着陆巡视器进入火星大气，经气动外形减速、降落伞减速、反推发动机动力减速后，于火星表面软着陆

6 着陆巡视器分离释放火星车，开展巡视科学探测

发射难点：

本次任务不仅要实现环绕火星全球遥感探测，还要突破火星进入、下降、着陆、巡视、远距离测控通信等关键技术，这是其他国家第一次实施火星探测从未有过的，面临的挑战前所未有。

由于地球与火星距离遥远，整个过程必须依靠探测器自主完成，所以着陆火星时，最关键的就是气动、减速和开伞这些环节，也是风险最大的地方。（记者 王诗堃）

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