火星探测到底有多难？

火星是太阳系天空中一颗红色的行星。它的半径只有3395千米，是地球半径的0.53倍，相当于月球那么大。可是大家有没有觉得奇怪，我们国家能够在月球探测上做出 那么多成绩，火星探测却没有突破呢？ 其实火星探测的难度远比探测月球大。

1、第一个难题是距离远

火星距离地球最远约4亿公里，最近也要约5600万公里，探测器抵达火星需要飞行这么长的距离，距离远了之后，随之而来的问题会很多，比如：对发射、轨道、控制、通信、电源、入轨、着陆等技术都有很高要求。

在发射方面，火箭的运载能力、入轨精度和可靠性是实现火星探测的重要前提。月球探测器进入地月转移轨道的速度为10.9千米/秒。而火星探测器要进入地火转移轨道的速度必须达到至少第二宇宙速度（11.2千米/秒）才行。因此，发射同等质量的月球探测器和火星探测器时，后者必须用推力更大的火箭，使探测器直接进入地火转移轨道，否则就需要消耗探测器自身燃料和更长的飞行时间加速，这会影响到探测器寿命，即使到了火星也很快会坏掉。

在通讯方面，由于火星距离地球非常遥远，无线电波传输都需要好长时间，因此对火星探测器的控制要比登陆月球的探测器困难得多，相比地球上的航天器回收也是完全不一样的，这需要十分高端的通讯和控制技术，对我国来说也是一大挑战，但是航天技术强国美国已经有过多次的火星探测器成功登陆经验，也说明美国这方面的技术还是大大领先于世界上的其他国家的。

2、第二个难度是着陆难

火星的质量是月球的7倍多，根据万有引力定律，火星的引力又比月球大得多，那么探测器降落火星的时候受到的火星牵引力将更大，再加上火星有大气层，而大气层中又有风，不同高度的风又在向着不同的方向吹，所以探测器在降落火星的时候会遭遇很多不确定因素，唯有具备航天器定点和安全回收的国家才有这个能力，比如中美俄三个载人航天技术比较成熟的国家，才能在技术上保证降落火星的探测器能够安全平稳地降落到火星表面上。

火星探测最大的难点在于“恐怖7分钟”——在进入、下降与着陆过程中，要在7分钟内将探测器的时速从2万千米降低到零。这需要融合多种减速手段才能实现，包括气动外形、降落伞和反推等，也需要自主导航控制技术来保证。

火星探测器发射窗口期临近，“种子选手们”摩拳擦掌，跃跃欲试

根据火星与地球的运动关系，再结合实际，考虑到当前运载火箭的能力，科学家们总要等到离火星最近的时机发射。由于每26个月才会出现太阳、地球与火星成一条直线的现象，此时从地球去火星，两者距离最近。以这个时间点倒推100天左右发射飞船，才能赶上最短航程。在这个时间段内，从地球发射火星探测器，距离更短、携燃料更少、成本更低廉，业内人士把这叫做火星探测器发射的“最佳发射窗口期”。如果错过这次窗口期，下一次发射的好时机就要等到2022年。

此次马拉松中，四号、五号种子选手已经退赛。3月12日，欧洲空间局(ESA)和俄罗斯航天集团 (Roscosmos) 宣布原本计划在2020年7月发射的火星探测车将推迟进行。他们因疫情及技术因素影响，就要遗憾的错过这次绝佳机会了。他们不得不推迟到两年后发射。而中国和美国仍计划在 7 月发射将要登陆火星的探测器，阿联酋也计划在相同时间里向火星发射轨道探测器。下面来聊聊这几位种子选手的情况：

1、实力雄厚，经验老到的一号种子选手：NASA

有了几次失败的经验以后，1964年4月，美国宇航局终于将“水手4号”探测器成功飞越火星，向地球传回了人类史上第一张火星表面最近距离的图像，从此开启了人类空间探索的新时代。后来，在1976年7月20日美国“海盗1号”在火星着陆，成为全球首个能成功登陆火星的航天器。2018年的“洞察号”登录火星，美国已然是火星探索的老大。

此次窗口期，NASA将于7月30日发射“毅力号”火星探测器，这个火星探测器长3米，重1吨，有19个摄像头、2个麦克风和1个2米长的机械臂。它最重要的仪器是两台镭射激光器和一台X射线机器，当射线投射到岩石上时，可以分析岩石的化学成分，识别可能的有机化合物。同时搭载的还有一架1.8公斤的实验性迷你直升机“机智号”。前往火星上35亿年前曾是河流三角洲的区域，探寻古微生物的遗迹。不得不承认我们和人家的差距还是很大的。

2、新秀选手：阿联酋航天局

阿联酋航天发展并不是全产业链式，没有自主开发火箭，更没有建造发射场，但通过商业操作、国际联合模式，阿联酋还是快速递进式实现自己的太空目标。从零起步到建造卫星，从输送航天员再到发射火星探测器，堪称“太空新秀”的阿联酋短短10年间一连串神速操作。快速的成长也增加了迪拜人的想象力，他们决定将“希望”号火星探测器的发射时间原则上定为阿联酋时间7月20日凌晨01:58分（北京时间05:58分）。不过发射时间可能会根据发射场的天气状况进行调整。

希望”号火星轨道探测器计划在火星上花费一年时间，也就是两个地球年的时间研究稀薄的火星大气。这项任务的工作人员希望飞船探测结果能让科学家了解过去和现在的火星大气层。但对于一个成立不到50年、2009年才第一次进入太空的国家来说，这次任务也是阿联酋雄心勃勃的一步。

3、经历过坎坷的种子选手：中国

早在2011年我国其实已经搭乘俄罗斯的运载火箭和福布斯火星探测器一同前往火星。不幸的是，由于变轨过程中两次点火失败，最终以失败而告终。如今，再次出征。长征五号遥四运载火箭7月17日垂直转运至中国文昌航天发射场发射区，计划于7月下旬到8月上旬择机择机实施中国首次火星探测任务“天问一号”。

中国人在落后于人情况下如何做到底气十足？

根据航天科技集团披露的信息，我国第一次探测火星，就将次性完成绕火星飞行、火星表面降落、巡视探测三大任务，难度极高。下面来看一下到底有多难！

具体的操作流程是这样的：首先使用长五火箭将探测器发射至地火转移轨道，随后在地面测控系统的支持下，通过多次轨道机动和中途修正，在近火点实施制动，进入环火椭圆轨道，运行到选定的进入窗口后,探测器将进行降轨控制，释放着陆巡视器。着陆巡视器进入火星大气后，通过气动外形、降落伞、发动机、多级减速、着陆反冲进行软着陆，然后火星车(巡视器)和着陆平台分离，开展区域巡视探测和相关的一些工程实践活动。环绕器留在火星轨道，为火星车提供中继通信链路，并开展环绕科学探测。

那么难度体现在哪呢？利用1次发射完成“环绕”、“着陆”、“巡视”火星这3大任务，也就是所谓的“绕落巡”。本来就像我国探测月球的时候就是分三步走：第一步绕月飞行，第二步月球软着陆，第三步把月球的样品带回来，简单来讲就是“绕”、“落”、“回”三个阶段，这样稳扎稳打。但是探测火星距离太远，窗口期太难得，去一次“车票”太贵了，所以我们这次火星探索把前两部合并为一步进行，但是主要是有技术支撑的。

1、力大无穷的“胖五”显神威

长征五号遥四运载火箭

长征五号遥四运载火箭外形巨大，总长约57米，箭体直径达到5米，而此前我国现役火箭箭体直径最大的只有3.35米，由于其显著粗壮的外形，被亲切成为“胖五”。起飞重量为854.5吨，起飞推力为1062吨，近地轨道最大运载能力为25吨，地球同步转移轨道轨道最大运载能力为14吨。这为火星探测器的发射提供了动力保证。

而且在发射前要对它进行发动机试车。

我们发动机在火箭上工作一次大概是500秒，现在试车是100秒，把有关的参数都拿到，但是又不过多去牺牲发动机的寿命。 除了真正要进入太空的这一台发动机要进行100秒的短程试车外，研制团队还会抽检同一批次的其他发动机，进行500秒以上的长时间试车，从侧面验证它的性能和指标。我们的胖五经住了考验为我们的发射成功增加了筹码。

2、超深空测控网络——千里眼、顺风耳

火星探测器探测距离尽可能接近4亿公里，火力转移时间近7个月，这将是对测控通信系统前所未有的考验。为此，西安卫星测控中心重点对两个深空站的对频率综合系统、多功能数字基带、监视和控制系统设备软硬件进行升级，为执行相关任务提供更加稳定、强大的测控保障。另外，佳木斯深空站装备有目前全亚洲口径最大、接收灵敏度最高的深空测控天线，直径达66米，在以往的任务中最远跟踪距离达到47.6亿公里。

3、地面应用接收系统

2020年4月25日，由中国科学院国家天文台承建的首次火星探测工程地面应用系统，在天津成功实施完成70米天线反射体的整体吊装，中国首次火星探测工程副总设计师兼地面应用系统总指挥李春来表示，70米天线今年10月能完全具备火星探测的数据接收能力。

总结

这次发射任务对于我们国家火星探测是一次绝佳的弯道超车的机会。但是也要正视自己的短板与不足，不能盲目的去追逐别人，毕竟他们也是经过好多次失败才摸索出成功之路的。名次其实不重要，重要的是我们中国人即将迈出火星探索的一大步，为人类认识宇宙做出伟大的贡献。让我们拭目以待吧！我相信胖五一定可以！#火星探测到底有多难？# #“天问一号”将发射# #火星探测任务天问一号将择机实施#

我是蓬莱岛勇士，一位爱科普的物理老师，喜欢更多有趣的科普知识，请大家积极关注@蓬莱岛勇士科学站