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中国探火之路

中国探火之路

作者|高孟嘉

审核|黄  坚

编辑|贺柏翔

中国古代称火星为荧惑,因其荧荧如火,时亮时暗,行踪不定,令人迷惑。自古以来,为了破解荧惑谜题这一天问,无数科学家不断上下求索。

2007年,中国首次月球探测任务成功之际,科学家们就把目光瞄准了更远的火星。多年来,数百位专家持续深化论证,为开展首次火星探测工程奠定了坚实基础。终于在2016年1月11日,中国火星探测任务正式立项,从此,中国开启了深空探测的新征程。

其实,中国的第一颗火星探测器可以追溯到2011年,探测器的名字是萤火一号(YH-1)

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萤火一号概况(图片来源于新华社)

萤火一号由上海航天技术研究院抓总研制,设计寿命约为2年。探测器长、宽各约75厘米,高60厘米,两侧太阳帆板展开近8米,质量约115公斤。同时,作为中国的第一个火星探测器,萤火一号也承担着探测火星的空间磁场、电离层和粒子分布及其变化规律、探测火星大气离子的逃逸率、探测火星地形、地貌和沙尘暴、探测火星赤道区重力场等科学任务。

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搭载萤火一号的福布斯-土壤探测器发射升空(图片来源于wbur.org)

几经波折, 2011年11月9日4时16分,搭载中国火星探测器萤火一号的俄罗斯福布斯-土壤号火星探测器发射升空。但是随后探测器在飞行过程出现了意外,搭载萤火一号的福布斯-土壤探测器因控制系统出现故障,两个引擎均未能正常点火,无法变轨,未能脱离近地轨道。尽管多方努力,仍然无法挽救该探测器。最终,2012年1月16日1时45分,福布斯-土壤及萤火一号探测器在太平洋海域再入。

虽然萤火一号没有实现奔向火星的梦想,但却点燃了中国的激情。在2020年中国航天日启动仪式上,中国行星探测任务被正式命名为“天问(Tianwen)系列”,首次火星探测任务被命名为“天问一号”,后续行星任务依次编号。“天问”源于屈原长诗《天问》,表达了中华民族对真理追求的坚韧与执着,体现了对自然和宇宙空间探索的文化传承,寓意探求科学真理征途漫漫,追求科技创新永无止境。象征“揽星九天”的任务标识,展示了独特字母“C”的形象,汇聚了中国行星探测(China)、国际合作精神(Cooperation)、深空探测进入太空的能力(C3)等多重含义,展现出中国航天开放合作的理念与态度。

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天问征途,揽星九天(图片来源于国家航天局)

终于,2020年7月23日12时41分,我国火星探测器天问一号搭载长征五号遥四运载火箭在文昌航天发射场发射升空。火箭飞行约2167秒后,成功将探测器送入预定轨道,开启火星探测之旅,迈出了我国行星探测第一步。

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千年天问,今日启航(图片来源于国家航天局)

天问一号探测器总重约5吨,由环绕器和着陆平台、巡视器组成。天问一号任务是我国独立开展行星际探测的第一步,将通过一次发射实现对火星的“绕、落、巡”,即火星环绕、火星着陆、火面巡视。该任务主要包括6个飞行阶段:发射段、地火转移段、火星捕获段、火星停泊段、离轨着陆段和科学探测段。

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天问一号奔向火星的旅途(图片来源于中国航天报)

2020年7月27日,天问一号探测器在飞离地球约120万公里处回望地球,对地球、月球成像。8月2日,在飞行260个小时后,天问一号探测器顺利完成了首次轨道中途修正,继续沿着正确的路线飞向火星。8月19日,天问一号火星探测器距离地球已有约823万公里,天问一号搭载的各种科学载荷依次完成自检,确认设备状态正常。

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天问一号拍摄的黑白地月合影(图片来源于国家航天局)

2020年10月1日,正值国庆节,天问一号探测器完成了首次深空“自拍”。探测器上的五星红旗尺寸虽仅有39厘米×26厘米,但那鲜艳的红色依然光彩夺目,为祖国的生日献上了别样的生日祝福。

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天问一号火星探测器的首次深空自拍(图片来源于国家航天局)

2021年2月5日,国家航天局公布了“天问一号”此前在距离火星约220万公里处获取的首幅火星图像。在图像中,火星的特征性地貌清晰可见。

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天问一号拍摄的首幅火星图像(图片来源于国家航天局)

2021年2月10日,天问一号探测器实施近火捕获制动,成功进入环绕火星轨道,成为我国第一颗人造火星卫星,实现了“绕、落、巡”目标中的第一步。2月12日举国欢庆农历新年之际,国家航天局发布天问一号探测器火星捕获过程影像,这些影像记录了火星进出视野、发动机点火后探测器轻微震动和探测器从火星白天飞入黑夜的过程,太阳翼、定向天线、火星大气层及表面形貌清晰可见。

天问一号太阳翼监视相机画面(视频来源于国家航天局)

天问一号定向天线监视相机画面(视频来源于国家航天局)

2月24日,天问一号探测器成功进入火星停泊轨道。载荷中的中分辨率相机、高分辨率相机、光谱仪等开始对预选着陆区地形地貌、沙尘天气等进行详查,为择机着陆火星做好准备。3月4日,国家航天局发布了3幅由天问一号探测器拍摄的高清火星影像图。

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高清火星影像图(图像来源于国家航天局)

3月26日,国家航天局发布了天问一号探测器拍摄的火星南、北半球侧身影像。

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火星南(下)、北(上)半球影像(图片来源于国家航天局)

4月24日上午,在中国航天日主会场,国家航天局正式公布天问一号搭载的中国第一辆火星车命名:祝融号,英文名称Zhu Rong。祝融是中国古代神话中的火神,将首辆火星车命名为祝融,寓意点燃我国星际探测的火种,指引人类对浩瀚星空、宇宙未知的接续探索和自我超越。祝融号火星车高度为1.85米,重量为240公斤左右,设计寿命为3个火星月,相当于约92个地球日。

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中国第一辆火星车名称揭晓(图片来源于大公文汇网)

2021年5月15日,这是每一位中国人都激动人心的日子。根据“祝融号”火星车发回的遥测信号显示,天问一号着陆巡视器组合体在当天早上7时18分成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区,实现了我国首次地外行星软着陆。

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天问一号着陆过程图解(图片来源于中国航天报)

2021年5月19日,国家航天局发布天问一号任务探测器着陆过程中,两器分离和着陆后火星车拍摄的影像。

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天问一号着陆后公布的首批图像(图片来源于国家航天局)

天问一号着陆视频(视频来源于国家航天局)

紧接着,5月22日10时40分,祝融号火星车安全驶离着陆平台,开始巡视探测,此时,我国首次火星探测任务已来到了最后一关,全国人民的心似乎都提到了嗓子眼。

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祝融号火星车驶离着陆平台前后图像(图片来源于国家航天局)

终于,转眼时间来到了6月11日,这天,首批火星科学影像图为全国人民的期待交上了满意的答卷。在这批图像中,有后来被称为“星火燎原”的着巡合影图,也有特写拍摄着陆平台的“中国印迹”图,更有导航地形相机先后拍摄的着陆点全景图和火星地形地貌图。首批火星科学影像图的发布向世界宣告了我国首次火星探测任务取得圆满的成功,使我国成为世界航天史上首次自主探火便完成环绕、着陆和巡视三大目标的首个国家,标志着我国在行星探测领域跨入了世界先进行列。

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“星火燎原”:着巡合影图(图片来源于国家航天局)

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“中国印迹”图(图片来源于国家航天局)

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着陆点全景图(图片来源于国家航天局)

7月8日,祝融号火星车传回了先前拍摄的火星岩石图像。7月12日,在南向巡视探测途中,祝融号火星车路过了降落伞与背罩组合体,并对这两位老朋友进行了拍摄。

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火星岩石的纹理特征和火星车车辙(图片来源于国家航天局)

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降落伞与背罩图像(图片来源于国家航天局)

截止本文完成时的7月30日,祝融号火星车在火星表面已工作了75个火星日,累计行驶里程达到708米。

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我国首次火星探测任务起步虽晚,但起点高、跨越大,从立项伊始就瞄准当前世界先进水平,首次自主探火便完成 “环绕、着陆、巡视探测”三大任务的目标,是世界航天史上的伟大壮举。当然,祝融号火星车还将继续行驶于那颗红色的星球,中国在火星求索的脚步还将继续,下一步计划2028年前后开展火星采样返回任务(这与欧美合作的火星采样返回任务几乎同期进行),研究火星宜居环境及其演化历史等。

 

火星从未如此接近,让我们拭目以待……

END

参考资料

1、贾璇,航天:从“东方红一号”到登上自己的空间站,中国经济周刊,2021年第12期

2、高开源,杨璐茜,“天问”落火,“祝融”开工——我国首次火星探测任务取得圆满成功,国际太空,2021年06期

3、张荣桥,“天问”一号开启我国行星探测新征程,中国航天,2021年06期

4、郑莹莹,马帅莎,郭超凯,从“萤火一号”到“天问一号”——记中国航天成功奔向火星一周年,中国新闻网,https://m.chinanews.com/wap/detail/zw/gn/2021/07-23/9527179.shtml

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6、徐静,陶嘉树,央视新闻,https://m.weibo.cn/status/Kpdhxbqrt?jumpfrom=weibocom&sudaref=login.sina.com.cn

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8、冯华,天问一号任务实现我国航天发展史上6个首次 2030年前后实施火星取样返回任务,人民日报·海外版,2021年06月14日第01版

9、张蕾,天问一号着陆火星首批科学影像图公布 我国首次火星探测任务取得圆满成功,光明日报,2021年06月12日01版

10、赵竹青,火星探测蓄势待发 长征五号遥四运载火箭垂直转运至发射区,人民网,http://scitech.people.com.cn/n1/2020/0717/c1007-31787645.html

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12、赵竹青,国家航天局:天问一号将于近期择机实施着陆,人民网,http://finance.people.com.cn/n1/2021/0514/c1004-32103814.html

13、冯华、杨璐,国家航天局发布“天问一号”拍摄火星侧身影像,人民日报,2021年3月27日第06版

14、胡喆,“天问一号”完成首次轨道中途修正,人民日报·海外版,2020年08月03日第02版

15、赵竹青,“天问一号”向祖国报平安!首次深空“自拍”亮相,人民网,http://scitech.people.com.cn/n1/2020/1001/c1007-31882072.html

16、冯华,国家航天局发布天问一号任务着陆区域高分影像图,人民网,http://sc.people.com.cn/n2/2021/0608/c345167-34765830.html

17、赵竹青,国家航天局发布天问一号着陆过程、两器分离和落火影像,人民网,http://sc.people.com.cn/n2/2021/0520/c345529-34735324.html

18、俄火星探测器“福布斯-土壤”的碎片坠入太平洋,飞行器测控学报,2012年 第1期

19、2020年“中国航天日”启动仪式线上举行,国家航天局,http://www.cnsa.gov.cn/n6758823/n6758838/c6809437/content.html

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21、国家航天局发布天问一号探测器火星捕获过程影像2,http://www.cnsa.gov.cn/n6758823/n6758838/c6811249/content.html

22、中国第一辆火星车命名为:祝融号,国家航天局,http://www.cnsa.gov.cn/n6758823/n6758838/c6811891/content.html

23、时蓬,范全林,汤惟玮,关于2030年前火星采样返回科学任务的展望,空间科学学报,2020,Vol. 40,Issue (3): 301-304.

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