奔向星辰大海，没有随便成功，从数据回看天问一号

首先感谢我国众多伟大科技工作者的努力，带动着我国科技前进的脚步越来越快、越来越远，让我们在星空探索上由梦想走入现实，天问一号正式开启我们对邻居星球进行零距离的亲密接触，下面我们开始天问一号的火星探索之旅。

最新情况：

截止2022年9月，天问一号环绕器已在轨运行将近800天，火星车累计行驶1921米，获取原始科学探测数据1480GB

火星概述

火星（Mars）是太阳系八大行星之一，离太阳第四近的行星，也是太阳系中仅次于水星的第二小的行星，属于类地行星。我国古人把火星称为“荧惑”，取其“荧荧火光，离离乱惑”之意；古希腊人把火星作为战神阿瑞斯；而古罗马人将其称为“战神玛尔斯”；北欧神话里，火星是战神提尔，皆是由于火星呈红色，荧光像火。

火星属于沙漠行星，地表沙丘、砾石遍布且没有稳定的液态水体，二氧化碳为主的大气既稀薄又寒冷，沙尘悬浮其中，每年常有尘暴发生。火星两极皆有水冰与干冰组成的极冠会随着季节消长。

火星近地球距离约为5500万公里，最远距离则超过4亿公里。近距离大约每15年出现一次。

“萤火一号”---首探失败

2011年11月9日，中国研制的首个火星探测器“萤火一号”随同俄罗斯“福布斯-土壤”号探测器，于哈萨克斯坦境内的拜科努尔发射场，搭乘俄运载火箭发射升空，由于俄罗斯“福布斯-土壤”火星探测器出现故障，“萤火一号”未能进入预定轨道，至此香消玉损，任务宣告失败。

中国萤火虫一号探测器

再起雄风---天问一号

2016年1月，中国自主火星探测任务获得国家批准立项，任务要求通过一次发射任务实现火星环绕、着陆和巡视，对火星开展全球性、综合性的环绕探测，在火星表面开展区域巡视探测。时间窗口为2020年7-8月间择机发射，2021年登陆火星。

整个火星探测工程计划中，火星探测器和负责发射的长征五号运载火箭分别由中国航天科技集团有限公司五院和一院来研制。

2020年4月，中国国家航天局明确通过长征五号遥四运载火箭发射“天问一号”探测器。天问一号由一部轨道飞行器和一辆火星车构成，其任务要一次性完成“绕、落、巡”三大任务。

辉煌进程，高光时刻

2020年7月23日，天问一号在文昌航天发射场由长征五号遥四运载火箭发射升空，成功进入预定轨道。

2021年2月10日，天问一号进入火星轨道，成为中国第一颗人造火星卫星。

2021年5月15日成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区， 火星车“祝融号”驶离着陆平台，开展巡视探测等工作。

问天一号成功降落火星

明星功臣---长征五号遥四（俗称胖五）

长征五号B首飞画面

体貌特征

总长度56.97米，捆绑四枚助推器，芯一级、芯二级的直径为5米，助推器直径3.35米；属于两级半构型火箭；液氢液氧为推进剂，采用超低温燃料，因此又被称为“冰箭”。

能力指数

起飞质量约为869吨，具备近地轨道25吨、地球同步转移轨道14吨的运载能力，能完成近地轨道卫星、地球同步转移轨道卫星、太阳同步轨道卫星、空间站、月球探测器和火星探测器等各类发射任务。

工作履历

2020年7月23日，将重量5吨的天问一号火星探测器送向火星，天问一号(祝融号)是世界上最重的火星探测器。

2020年11月24日，将重量8吨嫦娥五号月球探测器送往月球。

2021年4月29日，在文昌卫星发射中心将世界上最大最重的一个空间站舱段——“天和”号核心舱送入高度为400千米的轨道。

发动机构成

长征五号采用的发动机为YF-100和YF-77发动机。其中YF-77发动机用于芯一级，单台推力约为50吨。YF-100发动机用于助推器，单台推力约为120吨。

长征五号总体用了2台YF-77发动机和8台YF-100发动机以及芯二级用的2台氢氧膨胀循环发动机。

明星主角---天问一号

小组成员

天问一号由环绕器、着陆器和巡视器组成，总重量达到5吨左右。

天问一号整体构成图

天问一号及研发团队

携带设备与功能

• 中、高分辨率相机：负责对火星表面成像，开展火星表面地形地貌和地质构造研究；
• 火星磁强计：负责探测火星空间磁场环境；
• 火星矿物光谱分析仪：分析火星矿物组成与分布，研究火星整体化学成分与化学演化历史，分析火星资源与分布区等。
• 火星车（祝融号）：质量约240公斤，为6轮独立驱动，携带6台载荷，其太阳翼呈蝴蝶翼形

高科技材料的顶配加持

• 超轻质的蜂窝增强低密度烧蚀防热材料：材料表面与火星大气摩擦并发生复杂的物理化学反应时，带走大量的热量；同时良好的保温隔热性能，有效保护探测器不被烧坏。
• 连续纤维增强中密度防热材料：相比低密度材料强度更高，密度为0.9g/cm3，兼顾了耐烧蚀和承载能力。
• 超轻质的烧蚀防热涂层材料：涂层密度为0.28g/cm3，热导率为0.06W/(m k），隔热性能优良，对着陆器的减重也起到重要作用。
• 特种吸能合金：用于吸收探测器着陆的冲击能。
• 高性能碳化硅基增强铝基复合材料：重量轻、强度高、刚性好、宽温度范围下尺寸稳定，满足“天问一号”长时间运行时对关键机构的材料需求。
• 铝硅封装外壳：保障探测器着陆系统电路的安全，为器件内部电路穿上安全可靠的保护衣，保障探测器在火星的安全平稳着陆。
• 新型铝基碳化硅复合材料：火星车要在工况复杂的火星表面长距离行走，其材料的轻量化、高强韧性、高尺寸稳定性、耐冲击性提出了极高的要求，不是传统铝、钛合金可以胜任。
• 新型镁铝合金：目前世界上最轻的金属结构材料之一，可实现探测器轻量化。
• 高精尖铝材：保障天问一号火星探测器长期的太空行驶及完成着陆。
• 有机热控涂层：该材料可以保证探测器能够在极端复杂的温度下保持正常工作，通过调控温度达到热控需求。
• 纳米气凝胶：很轻、隔热性能好，在探测器“落”与“巡”两项任务中发挥作用。
• 聚合物智能复合材料：实现柔性太阳能电池的锁紧、释放和展开，以及展开后高刚度可承载等功能。

核心成员---环绕器

五大科学探测任务

1.火星大气电离层分析及行星际环境探测；

2.火星表面和地下水冰的探测；

3.火星土壤类型分布和结构探测；

4.火星地形地貌特征及其变化探测；

5.火星表面物质成分的调查和分析。

探测任务的七部件

（1）中分辨率相机：绘制火星全球遥感影像图，地形地貌及其变化探测研究。

（2）高分辨率相机：捕获火星表面重点区域精细观测图像，开展地形地貌和地质构造研究。

（3）环绕器次表层探测雷达：利用高频电磁波的穿透特性对行星表面和内部结构的岩性、电磁参数及主要组成成分进行探测研究；利用探测器星下点高度，开展火星表面地形研究；开展行星际甚低频射电频谱研究。

（4）火星矿物光谱分析仪：分析火星矿物组成与分布；研究火星整体化学成分与化学演化历史；分析火星资源及其分布。

（5）火星磁强计：探测火星空间磁场环境，研究火星电离层及磁鞘与太阳风磁场相互作用机制。

（6）火星离子与中性粒子分析仪：对火星等离子体中的粒子特性进行研究，了解火星大气的逃逸；研究太阳风和火星大气相互作用、火星激波附近中性粒子加速机制。

（7）火星能量粒子分析仪：研究近火星空间环境和地火转移轨道能量粒子的能谱、元素成分和通量的特征及其变化规律；绘制火星全球和地火转移轨道不同种类能量粒子辐射的空间分布图；与磁强计、离子和中性粒子分析仪等联合研究近火星空间能量粒子辐射与大气的关系、太阳风暴能量粒子事件对火星大气逃逸的影响与相互作用的规律以及火星粒子加速与输运过程。

核心组员---着陆器

确定登录任务后，携带火星车的着陆器将与环绕器分离，利用降落伞和反推火箭在火星表面着陆。

天问一号着陆器（下面）

超级萌娃明星---火星车，祝融号

天问一号配置的火星车祝融号

身体特征

高度有1米85，重量达到240公斤左右。设计寿命为3个火星月，相当于约92个地球日。

巡航速度

“祝融号”火星车在火星巡航速度非常慢，仅每小时40米。

战斗技能

祝融号火星车采用主动悬架，6个车轮均可独立驱动，独立转向。除前进、后退、四轮转向行驶等功能，具有蠕动脱陷、蠕动爬坡、车厢升降防托底、悬架主动折展、车轮抬起等独特功能，具有很强的脱陷能力和爬坡能力。

同时“祝融号”火星车设置有转移坡道机构。该转移坡道机构折叠布置在着陆器顶端，它可实现前后两个方向的选择性抽展，能够确保“祝融号”火星车的平顺转移。

6台科学载荷

（1）火星表面成分探测仪：包括激光诱导击穿光谱仪（LIBS），短波红外光谱显微成像仪（SWIR）和微成像相机。LIBS用于元素组成分析；SWIR用于矿物和岩石的分析和识别；微成像相机可以获得探测目标的高空间分辨率图像。

（2）多光谱相机：获取着陆点周围的地形、地貌和地质背景信息，进行空间分析，获得岩石、土壤等可见近红外光谱数据；采集各种白天和黑夜的天空图像，以进行特定的大气、气象和天文研究。

（3）导航地形相机：拍摄广角图片，指导火星车的移动并寻找感兴趣的目标（岩石/土壤等）；结合环绕器上搭载的高分辨率相机，将它们拍摄到的地面图像进行比对，可以校准火星表面的真实情况；

（4）火星车次表层探测雷达：用于探测火星土壤的地下分层和厚度。包含两个通道，低频通道（15-95MHz）可以穿透10-100米的深度（空间分辨率为几米）；高频通道（0.45-2.15GHz）可以穿透3-10米的深度（空间分辨率为几厘米）。次表层探测雷达可以随火星车移动，持续收集地下雷达信号，探测地下物质的大小和分布特征，并在垂直和水平方向上约束地下分层结构，制约地下水冰和挥发物（如，水合矿物质等）的分布。

（5）火星表面磁场探测仪：检测火星表面磁场、火星磁场指数以及火星电离层中的电流。与环绕器上搭载的磁强计协同观测，将对理解火星内部的演变具有极其重要的意义。

（6）火星气象测量仪：用于监测火星表面温度，压力，风场和声音等的时间和空间变化。在着陆之前，还可以在环火轨道上收集温度和声音数据。

休眠模式/自主唤醒

2022年5月20日，为应对沙尘天气导致的太阳翼发电能力降低及冬季极低的环境温度， “祝融号”火星车5月18日转入休眠模式。

2022年9月，据科技部、国家航天局相关消息，预计2022年12月，“祝融号”火星车在满足两个特定条件后将会自主唤醒。

天问一号后勤管家---深空测控系统

测控系统是航天任务中的重要组成部分。航天器和测控系统的关系，犹如船与灯塔、风筝与线，后者指引着前者的方向、维系着前者的安危。

深空测控系统，一般由深空航天器上的星载测控分系统、地面的深空测控站、深空任务飞行控制中心以及将地面各组成部分连接在一起的通信网构成。

大口径抛物面天线、大功率发射机、极高灵敏度的接收系统、信号处理系统以及高精度高稳定度的时间频率系统，都是深空测控网必不可少的“标配”。其功用，在于来获取深空航天器的无线电跟踪测量数据，发送上行指令，实现对深空航天器的遥控，并用于无线电科学和雷达天文学研究。

参与遥测、遥控“天问一号”火星探测器的深空测控系统主要有黑龙江佳木斯66米直径天线测控站和新疆喀什35米直径天线测控站等，以及甚长基线干涉测量（VLBI）分系统和必要的国际联网等。我国还在天津武清新建了一个主反射面直径70米的高性能接收天线，这是亚洲最大的单口径全可动天线，它能可靠地接收“天问一号”发回来的科学数据，并进行处理、解译和研究。

深空测控系统相关图

天问一号任务的六个首次

首次实现地火转移轨道探测器发射；

首次实现行星际飞行；

首次实现地外行星软着陆；

首次实现地外行星表面巡视探测；

首次实现4亿公里距离的测控通信；

首次获取第一手的火星科学数据。

结束感言

天问一号火星探测器的成功发射、持续飞行以及后续的环绕、降落和巡视，是我们伟大祖国国家综合国力和创新能力的重要标志，更是中华民族伟大复兴的一个重要里程碑事件。

“探索浩瀚宇宙，发展航天事业，建设航天强国，是中国不懈追求的航天梦。”无论从各个试验室还是各生产企业，从大漠深处的航天发射场还是浩瀚海洋上的远望号测量船，到处留下了航天人攻坚的足迹，洒下了航天人登攀的汗水。正是他们，以惊人的毅力和勇气战胜了各种难以想象的困难，用满腔热血谱写了共和国载人航天事业的壮丽史诗。再次深深感谢天问一号全体科研人员和工作人员，恭贺你们攻坚克难，不懈努力，成功将天问号送入太空，你们是华夏儿女的骄傲和榜样！

迈上星辰大海之旅