出品｜虎嗅科技組

作者｜樂(lè )見(jiàn)

距離地球約2億公里的火星，又有了新的天外來(lái)客。

今天上午8點(diǎn)左右，我國首輛火星車(chē)“祝融號”成功著(zhù)陸火星北半球的烏托邦平原（Utopia Planitia）。

搭載火星車(chē)的著(zhù)陸器與“天問(wèn)一號”探測器分離后，跟地球完全“失聯(lián)”，需要自主完成近9分鐘的軟著(zhù)陸過(guò)程，要將大氣進(jìn)入速度4.9km/s降低到垂直速度為0，然后經(jīng)過(guò)平移找到最佳著(zhù)陸位置。

這個(gè)著(zhù)陸過(guò)程最難，也被稱(chēng)為“恐怖9分鐘”。

火星探測項目“天問(wèn)一號”在2016年立項，經(jīng)過(guò)4年打磨，于去年7月23日在海南文昌發(fā)射，今年2月10日被火星捕獲后，順利進(jìn)入環(huán)火軌道，繞火星飛行。

過(guò)去2個(gè)月間，“天問(wèn)一號”一直在對火星氣象、地表地形、降落點(diǎn)等進(jìn)行數據收集和研究，今天終于找準時(shí)機，釋放著(zhù)陸器，讓其“親密”接觸火星。

著(zhù)陸器安全著(zhù)陸后，會(huì )先進(jìn)行自我檢查，然后打開(kāi)太陽(yáng)能板進(jìn)行充電，再釋放高1米85、重240公斤左右的火星車(chē)“祝融號”，讓它大展身手。在設計壽命3個(gè)火星月、92個(gè)地球日內，“祝融號”將進(jìn)行巡視工作，主要完成5項任務(wù)：

1. 繪制火星形態(tài)和地質(zhì)結構圖；

2. 調查火星表面的土壤特征和水冰分布；

3. 分析火星表面的物質(zhì)組成；

4. 測量電離層和火星地表氣候及環(huán)境特征；

5. 探索火星的物理場(chǎng)（電磁場(chǎng)、引力場(chǎng)等）及內部結構。

中國火星探測器“天問(wèn)一號”著(zhù)陸器與“祝融號”火星車(chē)模型

里程碑事件

火星車(chē)“祝融號”的安全著(zhù)陸，是我國漫長(cháng)行星探索的里程碑事件。

要知道，從上世紀美蘇太空競賽以來(lái)，火星探索一直沒(méi)間斷過(guò)，卻很少見(jiàn)到中國的身影。如今我國首次自主探索火星，就能成功著(zhù)陸火星車(chē)，簡(jiǎn)直是個(gè)奇跡。俄羅斯的火星車(chē)摔了幾次都沒(méi)成功，日本、歐洲更是接連失敗。

至此，中國成為全球繼美國后，第二個(gè)能將火星車(chē)安全送入火星表面并正常運行的國家。

火星車(chē)成功著(zhù)陸也得益于我國在探月工程中的長(cháng)年積累——2011年實(shí)現“繞”月飛行，2013年釋放月球車(chē)實(shí)現“落”、“巡”任務(wù)，去年成功采集月球土壤和巖石樣品返回地球。這些工程都沉淀不少太空探索技術(shù)和經(jīng)驗。

2020年以前全球有44次火星探測活動(dòng)，包括美國21次，蘇聯(lián)/俄羅斯19次，日本1次，歐空局2次，印度1次，雖然參與者多，成功率卻只有43%。

圖片來(lái)源：中科院之聲

火星探測的關(guān)鍵難點(diǎn)在兩個(gè)環(huán)節。

一是從地球到火星長(cháng)達幾個(gè)月的太空飛行，探測器很容易遇到各種意外而失聯(lián)，成為“太空垃圾”。另外哪怕探測器到達火星軌道，在降落過(guò)程中，地球與火星之間有6-22分鐘的通信延遲，無(wú)法靠人工操作來(lái)規避意外危險，更不能靠火星稀薄的大氣層來(lái)快速減速，幾乎一半的著(zhù)陸任務(wù)折戟于此。

去年美國、中國、阿聯(lián)酋分別發(fā)射了火星探測器，目前進(jìn)展都還算順利。如今有4個(gè)探測器在火星表面工作——美國的“好奇號”、“洞察號”，今年2月份著(zhù)陸的“毅力號”，以及剛著(zhù)陸的中國“祝融號”。

在火星軌道正常工作的探測器有9個(gè)——NASA奧德賽、ESA火星快車(chē)、NASA火星勘察軌道器、NASA火星大氣與揮發(fā)物演化任務(wù)探測器、歐洲和俄羅斯合作的“微量氣體軌道器”、印度曼加里安火星軌道探測器，以及去年發(fā)射的阿聯(lián)酋“希望號”探測器、“天問(wèn)一號”軌道器。

“祝融號”成功著(zhù)陸意味著(zhù)我們探索火星邁入新臺階，不再需要依靠其他國家間的探索結果來(lái)了解火星，能自主探索火星上的自然環(huán)境和生命跡象。再往遠了說(shuō)，馬斯克推崇的“火星移民”，雖然遙不可及，但至少我們不會(huì )顯得非常被動(dòng)，對該計劃的可行性有更清楚的認知。

此次著(zhù)陸點(diǎn)烏托邦平原也深有考量，因為選址不僅涉及到火星車(chē)的工作安全，還決定它能發(fā)現哪些科學(xué)信息。

烏托邦平原位于火星北半球，直徑3300公里，是火星上最大的平原，早在1976年，NASA的“海盜2號”就降落此地。該平原平均高度低于火星基準面1000-2000米，南部地區與艾希律平原接壤，面積大、光照足，著(zhù)陸成功可能性更大。

經(jīng)過(guò)多年探索發(fā)現，該平原并不是一個(gè)大隕石坑，而是火星古代海洋的海床，地表淺層發(fā)現了水冰的存在，比較適合火星車(chē)在此探索火星生命和地質(zhì)環(huán)境。

“祝融號”與鄰居“毅力號”

跟美國的重達1000多公斤的“毅力號”相比，“祝融號”只是一個(gè)小不點(diǎn)。但“麻雀雖小，五臟俱全”，它也攜帶了13種有效載荷，來(lái)完成對火星形態(tài)、地質(zhì)學(xué)、礦物學(xué)、空間環(huán)境、土壤和水冰分布等的分析。

比如：

1. 探地雷達，可以對火星表面100米以下成像；

2. 火星表面磁場(chǎng)探測器，可探測表面磁場(chǎng)強度；

3. 火星氣象測量?jì)x，可測量火星表面溫度，濕度，氣壓和風(fēng)速等氣象環(huán)境；

4. 火星表面化合物檢測器，利用激光誘導擊穿光譜和紅外光譜可對土壤和巖石進(jìn)行探測；

5. 多光譜相機，獲取至少8個(gè)波譜段的圖像，探測火星表面物質(zhì)類(lèi)型分布；

6. 導航和地形相機，可用來(lái)拍攝火星地形地貌，幫助科學(xué)家研究火星的地質(zhì)構造和演化過(guò)程。

“毅力號”是美國第5次派遣的火星車(chē)，長(cháng)3米，配有19個(gè)攝像頭，以及2米長(cháng)的機械臂。它降落在杰澤羅（Jezero）隕石坑附近，主要的任務(wù)是尋找生命跡象、探測火星地質(zhì)、收集樣本，以及利用火星大氣制氧，同時(shí)還派出“機智號”火星直升機。

“機智號”直升機與“毅力號”火星車(chē)

它的裝備相對先進(jìn)一些。比如攝像頭系統可以拍攝火星表面的高清視頻、全景三維圖像，能像隔著(zhù)足球場(chǎng)看蒼蠅一樣對目標進(jìn)行放大。另外比較讓人難忘的是“毅力號”的直升機和制氧技術(shù)。

上個(gè)月“毅力號”的制氧機就曾成功將占火星大氣96%的二氧化碳的氧原子分離出來(lái)，制成大約5克氧氣，相當于一名宇航員正?；顒?dòng)10分鐘所需的氧氣量。這不僅能解決未來(lái)載人探火的供氧問(wèn)題，還能成為以火箭返回地球的燃料，給商業(yè)航天、火星移民等項目打下基礎。

直升飛機“機智號”最近也飛了5次，最新飛行記錄距離約129米，高度約10米。它的挑戰是在空氣密度只有地球1%的火星表面飛起來(lái)，旋翼轉速至少要達到地球直升機螺旋葉旋轉速度的5倍，另外還要面臨零下90度的惡劣天氣。

“毅力號”主要靠放射性同位素核電池供能，來(lái)維持儀器運轉和寒冷天氣保暖?！白Ｈ谔枴笨刻?yáng)能充電，設計壽命只有“毅力號”的四分之一。

“祝融號”的優(yōu)勢還是在材料和通信上。比如“祝融號”的熱控材料是新型保溫材料——納米氣凝膠，很輕，隔熱性能好。它的太陽(yáng)能面板也不會(huì )被灰塵給封印，因為面板可以調節角度，甚至可以豎起來(lái)，而且面板上也有一層特殊涂層，不容易粘灰。

“祝融號”還采用了鋁蜂窩夾層材料、鋁基碳化硅、復合纖維材料等多種新材料，能提升火星車(chē)的高耐磨性和穩定性，基礎零部件都實(shí)現了國產(chǎn)化，元器件國產(chǎn)化率也超過(guò)90%。它收集到的數據需要傳輸給還在天上轉圈的“天問(wèn)一號”，然后由“天問(wèn)一號”轉發(fā)給地球。

為了保險起見(jiàn)，我們和歐洲人商量好了，如果“天問(wèn)一號”不能工作，可以讓歐洲的火星快車(chē)探測器幫忙。另外，“祝融號”上也攜帶了能直接與地球通信的天線(xiàn)，傳輸數據的速度比別的探測器要快。

“第二故鄉”火星

如果看火星的自然條件，你很難想象，我們?yōu)槭裁匆サ竭@顆遙遠的紅色星球探險、開(kāi)荒？

火星平均溫度為-60 ℃。大氣成分主要是二氧化碳，常有沙塵暴發(fā)生，大氣層僅為地球的0.7%，沒(méi)有完整的磁場(chǎng)，還沒(méi)有發(fā)現任何的生命體，有些像“死去的地球”。

NASA發(fā)布火星表面“金伯利”地質(zhì)景觀(guān)圖

火星尼利槽溝區域

可火星卻是太陽(yáng)系內，目前最適合人類(lèi)生存的星體。

從排除法來(lái)看，太陽(yáng)系中只有金星、地球、火星處于宜居帶，而金星的生存環(huán)境更惡劣，大氣壓強高達地球的92倍，平均溫度超過(guò)460攝氏度，比離太陽(yáng)最近的水星的向陽(yáng)面還熱，比起火星的荒蕪，金星更像是地獄。

火星最有吸引力的一點(diǎn)是，它有大量的固態(tài)冰，也就是有生命之源——水，這是它被稱(chēng)為“第二故鄉”的最核心原因。

NASA獲得照片顯示，深色細長(cháng)長(cháng)約100米的條痕，推測是由水流沖刷形成

有研究表明，在46億年前到37億年前，火星表面存在大量江河湖泊，大氣層濃密，溫暖宜人，像地球一樣適合生存。這為探索火星提供了另一層動(dòng)力，就算找不到生命的存在，也能研究生命消失的原因。

尤其是當我們在地球上正經(jīng)歷一些前所未有的不確定性時(shí)，比如地球環(huán)境的不斷惡化、疫情病毒的無(wú)休止變異、稀有材料的緊缺，甚至行星撞擊地球等預言，都會(huì )讓我們不由自主地感到恐慌，從而將希望轉向另一種生存的可能性。

火星探索不管是出于國家競爭、太空探索，還是商業(yè)化拓展，我們都可以看到新一輪的“火星潮”正興起，它不再只是創(chuàng )意產(chǎn)物，而逐漸形成較為合理的需求苗頭。

一輛火星車(chē)的著(zhù)陸，或許就是一個(gè)平穩的開(kāi)始，此后我們對火星的構想將加速成為現實(shí)。

“地球是人類(lèi)的搖籃，但人類(lèi)不可能永遠生活在搖籃中?！?/p>

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