去火星上“科考”，在哪着陆很重要

11月26日，火星探测器“洞察”成功着陆火星的爱丽舍宫平原，开始探索火星的内部结构和现象。“洞察”号着陆的仙丹平原是火星赤道附近的一个巨大火山平原，距离“好奇号”探测器着陆的盖尔陨石坑仅600公里。

就在几天前，美国宇航局还宣布了下一代火星探测器2020的计划着陆点。杰斯罗陨石坑出现在三个可供选择的着陆点，成为火星2020漫游者的目的地。

尽管火星比地球小，但要在1.4亿平方公里的火星表面上为有价值的火星探测器选择一个合适的着陆点仍然不容易，这需要工程师和科学家的合作。

工程限制是首要考虑因素。

像地球一样，火星表面有各种各样的地形，包括无边无际的平原、深达6000米的山谷和海拔27000米的太阳系最高峰。对于地球上的汽车驾驶员来说，在平地上停车显然比在斜坡上停车容易，因为不需要担心汽车在斜坡上打滑，也不需要在开始时实施相对复杂的斜坡启动过程。对于火星车来说，在相对平坦的地形上着陆也是一个风险更小、更成功的选择。火星的地形从北到南明显不同。南半球布满起伏的山脉和山谷，大大小小的陨石坑，而北半球相对平坦。因此，除了执行特殊任务的探测器外，绝大多数火星着陆探测器都在北半球和赤道附近着陆。

当探测器着陆时，通常需要通过与大气的相互作用减速，并利用自身发动机提供的动力在着陆的最后阶段实现软着陆。火星的大气层相对较薄。如果着陆点的地理高度(类似于地球上的高度概念)太高，探测器将在被大气充分减速之前接触火星表面。因此，通常需要选择海拔较低的区域作为着陆点。

在火星上长时间工作的探测器使用太阳能电池发电。同时，用于导航和障碍物检测的光传感器也需要更好的照明条件。火星的高纬度无法获得足够的光线，所以大多数火星探测器选择在纬度低于30度的地方着陆。低纬度地区良好的光照条件也会带来相对温和的昼夜温差，这不会像高纬度地区那样导致极端的昼夜温差和夜间低温，从而使探测器更容易保持自身的热平衡。

如果探测器意外地落在充满岩石的区域，将会给探测器的工作带来很大的麻烦。岩石会破坏探测器的着陆缓冲机构，阻碍减速发动机的正常运行。同时，对于流浪者来说，岩石也会阻碍他们的运动。因此，通常有必要选择岩石相对较少的地方作为着陆点。

除了登陆火星的探测器外，还有MRO号、马文号和其他探测器，它们通过环绕火星飞行给我们带来了火星的全球信息。利用这些轨道飞行器的探测数据，科学家和工程师可以判断火星的不同区域是否满足上述严格的限制，并给出可能的着陆点选择。

科学目标有助于选择地点

最近火星探索的科学目标主要是寻找火星上存在或曾经存在生命的证据。通过以前的研究，科学家们已经认识到，如果火星上的某个区域曾经是由海底、湖泊盆地、河床或河流冲积层形成的三角洲，那么这个区域就可能有一个能够孕育生命的环境。环绕火星飞行的探测器不仅能发回最直接的火星表面图像，还能利用多波段光谱仪和高度计等仪器，带来更丰富的火星表面全球地形和岩石成分等信息。科学家可以根据每个着陆探测器的具体科学目标，使用火星全球数据来选择一些潜在的着陆地点。之后，通过连续的加密检测和比较讨论，缩小了着陆点的候选范围，确定了实际的着陆点。

以好奇号为例。月球车原定于2009年发射，为其选择着陆点的工作始于2006年。美国宇航局向火星探索项目分析小组的成员发出通知，要求登陆点，来自不同研究机构的科学家开始选择登陆点。很快，科学家们提交了33个着陆点方案。美国航天局相应地调整了其围绕火星探测器的探索计划，以进一步获得这33个可选着陆点的更详细的遥感观测信息。

一年后，科学家们又举行了一次研讨会，利用已经获得的数据选择着陆点。选择主要考察四个因素:获得地质特征的能力、适合生命存在的证据、生物特征的存在以及评估该地点生命潜力的能力。经过三天的讨论，候选着陆点的数量减少到了六个。

有趣的是，好奇号实际使用的盖尔环形山着陆点已经在本轮PK中消失了。然而，在2008年，由MRO探测仪携带的CRISM光谱仪带来了新的岩石成分检测数据。对这些数据的分析表明，盖尔撞击坑中有大量的矿物质，只能在富含水的环境中形成，这意味着这里有湖泊。此外，该地区的地貌特征也表明它经常受到洪水的冲刷。

这些新的发展引起了科学家们的极大兴趣，并将盖尔环形山重新列为另一个着陆点。此时，“好奇号”任务由于其他原因被推迟到2011年，科学家们有更长的时间对着陆点进行更全面的评估。

2010年，在上一次研讨会之后，科学家们仍然没有就着陆点的选择达成一致。因此，包括盖尔环形山在内的四个候选地点的优缺点以及科学家的建议被总结在一份四页的文件中，并提交给美国航天局总部，由美国航天局官员作出最终决定。自从成功着陆以来，好奇号带来了大量新的科学发现。今年6月，还发现了有机分子存在的证据，这表明选择盖尔撞击坑作为着陆点是相当成功的。

载人着陆的更多要求

目前，载人登陆火星着陆点的研究也在进行中。像探测器一样，载人任务需要在相对平坦的地形上实现软着陆。它的地理海拔低，地势平坦，没有大量的岩石等。这些要求与无人着陆场的要求一致。此外，载人登陆火星应该考虑更多的因素。

由于从地球到火星的巨大运输成本，在目前的技术条件下，宇航员很难携带大量的水到火星。他们日常生存所需的水必须在火星上就地获取。与此同时，水也可以用于宇航员在火星上生产农作物，这些农作物可以产生氧气供他们呼吸，通过电离产生氢气作为宇宙飞船的燃料。

在火星上，有两种方法可以产生大量的水。一种是分解水合矿物质，另一种是在火星上挖掘冰。直觉上，挖冰似乎是一个更容易、更直接的选择。然而，火星上的冰一般存在于寒冷的极地地区，那里的低温将给宇航员的生存和着陆飞船的正常运行带来更大的挑战。极低的温度也意味着挖掘冰需要更多的能量。此外，当宇航员从火星极地起飞并返回地球时，他们不能像在赤道那样得到火星自转的“帮助”。因此，降落在低纬度富含水合矿物质的地区目前被认为是一个更合理的选择。

(作者是哈尔滨工业大学深圳校区博士后)