“天问一号”来了！中国火星探测计划走了多远？

4月24日，国家航天局在中国2020太空日启动仪式上宣布，第一次火星探测任务命名为“田文1号”，随后的行星任务按顺序编号。

4月24日，国家航天局在中国2020太空日启动仪式上宣布，第一次火星探测任务命名为“田文1号”，随后的行星任务按顺序编号。中国的火星探索采取了哪些步骤？火星探测器是什么意思？火星探测器将于何时发射？权威专家会为你逐一解释。

中国有什么样的火星探索计划？

吴保军:周星驰有一部名为《少林足球》的著名电影，其中有一句经典台词:“地球太危险了，你回到火星上去”。今天我们将讨论如何返回火星。

不久前，媒体披露了中国的火星探测任务。我们的火星探测器什么时候发射？

贾阳:如果2020年夏天一切顺利，我们的火星探测器将会到达火星。整个时间相对较长，因为火星相对较远，飞行需要7到8个月，然后探索需要一年或更长的时间。

吴保军:漫游者有多大？

杨佳:两张桌子大约有一辆汽车车身那么大。

吴保军:火星车和探测器是一回事吗？

贾阳:探测器是个大名字。漫游者是在火星上行走的探测器之一。探测器在其轨道上围绕火星飞行。这叫做轨道飞行器，也是探测器之一，就像地球的卫星看地面一样。

当到达火星表面时，还有一种入口，叫做入口或入口室。然后把漫游者推出入口舱，开始在火星上行走，这叫做巡逻。这时，漫游者变成了一个独立的巡逻队。探测器是一个通用术语。

:贾先生，我国的火星探测计划需要走多少步？

贾阳:从宏观上讲，我们国家的探月计划分为三个步骤。第一步是绕月球飞行，第二步是在月球表面着陆，第三步是取回月球样品。这就是所谓的“缠绕、下落和返回”三个阶段。

然而，火星探索的第一步是将前两步结合起来，即不仅要实现绕火星的轨道，还要实现火星表面的探索。然而，不可能取回火星的样本。

吴保军:是不是因为我们在月球探索中从技术经验中学到了很多，所以我们可以融合成一个？

贾阳:技术进步是有原因的，另一个原因是火星之窗太珍贵了。一般来说，20多个月只有一次去那里的机会。如果你一步一步走，战线会更长。现在希望我们先开火，然后巡逻的愿望能尽快实现。

探索火星的第一个目的是什么？

吴保军:有一句很好的谚语叫做“不要忘记你的主动精神”。记住你的使命。探索火星的最初动机是什么？火星有什么不同，或者火星有什么特别之处？

勾立君:可以从天文观测的角度追溯。首先，火星是我们可以看到和移动的五颗行星之一。在金、木、水、火和地球五大行星中，金星和火星实际上离地球比较近，但是金星被厚厚的大气层包围着，我们无法清楚地看到它的表面。

虽然我们现在知道金星实际上更接近地球，它的大小更接近地球，而火星的直径几乎是地球直径的一半，所以它要小得多，但是火星的大气层要薄得多，所以我们可以直接看到它表面的各种情况。

在19世纪，已经有了直径超过一米的望远镜。它可以直接看到火星表面的特征，并发现许多像沟渠一样的东西。当时，人们非常兴奋，认为这类似于当时火星挖掘出的一条运河。

我们现在知道，火星有可能有其他一些非常接近地球的特征。所以如果我们能站在火星上，我们就能感受到火星四季的变化。但是在其他行星上没有这样的变化，比如金星。

此外，火星位于太阳系可居住区的最外边缘。过去20年来，在探索外星生命的过程中，人们提出了宜居地区，这意味着在这个范围内可能有生命。

对火星来说，它位于太阳系可居住带的外缘，这意味着火星上可能有液态水甚至生命。

什么因素影响太空探索的边界？

吴保军:人类太空探索的边界在很大程度上取决于火箭的运载能力。我国运载火箭能力最强的是长征五号。长征五号能把探测器发射到太阳系的什么地方？

贾阳:火箭的确是空间技术进步的基础平台。它提供的能力越大，太空舞台就越大。这是毫无疑问的。我国的“胖五”现在已经相当成熟了。再次飞行后，我们应该执行许多任务，包括火星和月球上的任务。刚才提到的两个例子，没有“肥五”的支持，是不可能实现的。

如果我们现在正视这个问题，我们是否能飞到太阳系的最边缘取决于到达它需要多长时间和它有多重。

稍微量化一下，如果它是一个发送到月球的探测器，发送到月球的轨道上，重量应该是八吨左右；如果送到火星轨道，它基本上是四吨；如果你想更快地到达探测器的边界，探测器必须设计得更小。

郭丽君:我想补充一点，向太阳系边缘发射探测器之类的想法不仅与火箭有关，也与各种因素有关。

例如，根据美国宇航局的定义，最近非常热的旅行者2号在2018年12月飞离了太阳系。“旅行者1号”在2012年飞离了所谓的太阳系。

这里的太阳系并不是真正的太阳系。它将太阳系定义为太阳的日光层。也就是说，它飞出了太阳风与星际介质相互作用的界面。

飞出太阳系不是火箭能直接做到的事情。美国火箭非常强大。他们可以直接把探测器送到那里。当然，发射火箭只是让它离开地球附近的第一步。在接下来的过程中，它将穿过不同的天体，如木星和土星。通过这些行星的引力弹弓，这种引力的加速度最终会飞出太阳系。

吴保军:重力弹弓在电影《漫游地球》中被提到。

勾立君:是的。那么我们为什么选择这些又大又重的物体呢？因为它的质量相对较大，所以一个小天体从它那里获得一点角动量，对它没有太大影响。

什么是重力弹弓效应？

吴保军:如果老师能用通俗的方式解释重力弹弓效应。

勾立君:比如，在生活中，我会扔一个乒乓球下来。如果桌子不动，返回的速度不会改变。也就是说，当球垂直下落并垂直弹起时，前进速度为零。

但是如果桌子移动，它会得到和桌子一样的速度，也就是说，除了下降速度，还有一个水平速度。总的来说，它的速度会增加，这相当于得到这张桌子的一些能量或角动量。这是重力弹弓的类比。探测器相当于从这个巨大的天体获得一些角动量，因此被加速。

在电影《漫游地球》中，地球想利用木星获得一些围绕木星的能量来加速自己。结果，我没想到会在错误的时间、错误的角度进入。我差点压垮自己。

吴保军:那为什么它没有在《漫游地球》中选择火星呢？

郭丽君:火星太小了。首先，火星比我们的地球小。你去火星后，谁会加速还不确定。选择木星和土星是可能的，但是木星离地球更近。因此，“旅行者1号”首先选择了木星，然后是土星，最后在一系列加速后离开了太阳系。

吴保军:所以“漫游地球”只是想离开太阳系逃走，所以它在第一步选择了木星，在第二步选择了土星。

郭丽君:这涉及到一些更复杂的物理问题。例如，如果我们想离开一个天体或一个系统，我们必须满足一定的速度。对地球来说，它必须以11.2公里/秒的速度逃离整个地球的引力。所以如果你想离开太阳系，你还必须满足一定的速度。

吴保军:这就是所谓的第一宇宙速度，第二宇宙速度，第三宇宙速度。

勾立君:是的，我们不能直接用火箭的推力达到这么高的速度，而这个重力弹弓是大自然给我们提供的最有效的方法。如果我们的能源是无限的，那么最直接和最原始的方法就是直接加速。

吴保军:正因为我们的能量有限，为了节约能源，我们必须用这种重力弹弓把它一个一个扔出去。

火星上有生命吗？

吴保军:有传言说外星人正前往火星。还有一本书说“男人来自火星，女人来自金星”。因此，每个人都对火星上是否有生命充满好奇。也许这是科学家们想送一个探测器去看一看的原因之一。

另一个原因是我们地球上有将近70亿人。有人说地球上存在温室效应，环境恶化不适合人类居住。有些人建议我们应该一起移民到火星。你觉得这个想法像是寻找外星人还是移民到火星？

郭丽君:美国或欧洲已经启动了许多这样的探测来寻找外星人。事实上，在火星上已经发现了液态水。有确凿的证据表明，它是由一颗名为MRO的美国卫星发现的。然而，火星的表面温度非常低，平均温度约为零下20至30度。根据我们的直觉，液态水中不可能有真正的纯水。

MRO发现的实际上是一种叫做盐水的化学溶液。在一些所谓的化学试剂被添加到纯净水后，它含有盐，这使得它的冰点比正常情况下低得多。

另一个问题是生命是否存在。很多漫游者实际上都是为了这个目的。他们发现火星和地球确实有很多相似之处。例如，被水冲刷的岩石是圆的，非常光滑，这无疑表明它以前被水冲刷过。

所以现在科学界有一个普遍的理解，也就是说，30到40亿年前，火星应该充满了大量的液态水，但是后来由于大气的蒸发，慢慢地就没有足够的压力来维持液态水，以及温度的变化，导致水从整个表面蒸发。

这涉及到另一个问题，大气是如何蒸发的。简而言之，我们现在正在慢慢解开这方面的谜团。通过研究火星，我们也许能够预测数十亿年后地球的命运。

移居火星是一个可靠的计划吗？

吴保军:郭台铭先生，许多国家的组织都启动了移民火星的计划。你认为什么是可靠的，什么是不可靠的？

勾立君:依我看，目前还没有一个可靠的。

贾阳:没有国家，只有组织，对吗？

勾立君:是的，只有组织。例如，我以前听说过一个叫火星一号的组织。那时，一个全球性的试镜开始了，说将会选出七个人，但是只能保证你会被送到那里，但不能保证你会回来。最近我刚听到这个组织破产的消息。

吴保军:这些人是在被解雇后破产的，还是在选举后被解雇前破产的？

勾立君:选举之后，他在正式实施之前就破产了。所以我认为有一些组织利用火星热来推测这个概念，然后骗取一些钱。

埃隆·马斯克说，他希望有一天能移民到火星，并在火星上退休。贾如何评价他的意见？

贾阳:我认为作为一个人有这样的梦想是值得称赞的。今天我们实现了飞向月球的梦想，所以有一个梦想是件好事。然而，我认为列出一个具体的时间表完全是炒作，比如卖票或者在退休前实现它。

送某人去火星有多难？

吴保军:下一步我们有可能直接派人去火星吗？这在技术上比把人送上月球更难吗？

贾阳:大得多。去月球然后回来，整个计划的任务时间通常是十天左右。如果我们说飞往火星大约需要9个月，而且根据目前的技术能力，还必须在那里等待，因为返回家园的窗口不是每天都开着的，等待一个单位接近一年，然后在一年内返回，整个任务周期将需要三年以上。

吴保军:你提到的窗户指的是合适的距离和时间，对吗？

贾阳:实际上，现在去火星，因为我们的能力或人类的能力是有限的，我们需要利用天体之间的运动规律为我们打开一个有限的时间。

例如，您可以在这些天启动，如果您在几天内再次启动，您将无法到达它。从地球到火星需要更少的能量。它每两年才发生一次。基于这样的原因，刚才提到的任务不可能在短时间内完成。它以年为基础。

在火星上生活有什么困难？

吴保军:在火星表面生活有什么困难？

贾阳:我认为这是一个富有想象力的答案。这是一件没有时间表的遥远的事情。首先，人们去火星时必须在很大程度上利用当地资源。他们不能从地球上带走一切。这让人无法忍受。

首先要做的是防止辐射。它的大气层相对较薄，不像地球的大气层那样能很好地保护人类。一个有效的方法是建造一个地下或半地下城堡。这座城堡的建造就像3D打印。

假设火星当地的土壤和矿物在高温融化的情况下被用来建造一个密闭的城堡，它可以是透明的，可以进入阳光，可以吸收能量，那么在一定的土壤深度下温度就会变成一个恒定的状态，这对人类的生活也是有好处的。

长期生活的一个问题是人类肌肉的退化。因为重力不同。然而，没有必要锻炼，因为如果不锻炼，人类的一个亚种可能会经过长时间的繁殖而诞生，这不适合生活在地球上，也不适合生活在火星上。

吴保军:火星表面的重力比地球上的小得多。

贾阳:火星的重力可能是地球重力的40%。

郭丽君:刚才贾先生提到可以用当地的资源通过3D打印来建房子。不久前，美国宇航局发起了一个类似的竞赛，例如，如何利用当地资源来建造和设计一个非常合适的东西，例如，可以防止辐射和保持温度恒定的东西。

吴保军:这是一场建筑设计竞赛。

贾阳:打印扳手、建筑物、砖块、模型等。

哪种能源最适合运载火箭？

吴保军:回到火箭发射技术的问题。我们的运载火箭技术不同于SpaceX的猎鹰火箭技术。我国使用液氧和煤油技术，而他们使用液氧和甲烷技术。这两种技术有什么区别？

贾阳:差别仍然很大。两种推进剂实际上都有很长的使用历史，但是煤油通常更成熟。煤油包含大约十几根碳线的混合物。甲烷是一种纯物质，即CH4。

如果使用甲烷，推进剂必须在较低的温度下保持液化。煤油相对容易保存，这是存放煤油的好地方。

但是为什么要在可重复使用的火箭中选择甲烷呢？这有点类似于汽车碳沉积的原因。如果火箭想走回收之路，它不想在发动机中产生碳沉积。甲烷含有相对少量的碳，不太可能在发动机中沉积碳。它可以重复使用多次。

美国正在为火星开发核反应堆？有什么用？

吴保军:网上说美国正在为火星开发一个核反应堆。这个核反应堆有什么用？

贾阳:这项技术确实有用，但不一定在火星上使用。有很多地方可以使用这项技术。随着探测器与太阳之间的距离越来越远，太阳的光变得越来越弱，因此在相对较远的地方使用太阳能电池为探测器发电是不可行的。

吴保军:它被用来为探测器提供能量。

贾阳:是的，但是探测器的工作总是需要电力。这种电能可以由地球轨道上或月球上或火星上的太阳能产生，但要走得更远，比如冥王星的探索，那时阳光会很弱，而且这种方法行不通，所以需要核方法。

然而，原子核中有各种各样的方式，例如聚变，相当于氢弹原理，或者裂变，类似于原子弹原理。我们现在可以用一种相对温和的衰变方法来缓慢释放一些热量，然后用它来发电。美国火星车使用了相关技术。

如果特别强调反应堆，我认为最重要的功能是发电，为探测器供电，这是一个更实际的想法。

勾立君:我很同意贾先生的话。如果我们去火星获取能量，这个反应堆可能是一个非常成熟的反应堆。我们在地球上做了很多试验。

我还想到了另一点。例如，很久以前，科学家们设想如何通过融合方法在火星大气中快速达到某一浓度。因为我们知道它的温度相对较低，而且在北极和南极有大量的干冰，一些人认为通过轰炸，气体的浓度会增加，大气压力会增加。然而，它不是非常可靠，所以它只是一个假设，并没有真正实现。

火星采矿应该如何实现？

吴保军:火星第一步成功后，第二个计划可能是巡航后返回。回来的时候能带回一些样品吗？具体是怎么做的？

杨佳:目前还没有计划，但是从火星表面采集样品确实是火星探索的“皇冠上的珍珠”。至少每个人都很期待。

在火星表面，有两种采矿方法，一种是愚蠢的采矿。着陆后，抓住它旁边的任何东西。还有一个更高的层次，就是钻到一定的深度附近，比如1米或2米深的岩石，这是一个办法。

另一种方法是带上一辆汽车，它可以被带到科学家感兴趣的地方收集岩石样本，然后带回地球。应该说还有很多形式。

勾立君:应该是2020年。许多国家都有类似的发射火星探测器的计划。美国也有这样的探测计划。他们以前已经成功过很多次了，所以这次他们想挖掘并把它带回来。这是他们的目标之一。

此外，以前有许多设备可以用于采矿，如好奇号、机遇号和InSight号，相当于一个地震仪，是一段时间以前制造的。他们都用采矿的方法钻入钻头，然后取出样品。漫游者内部有一个小型化学实验室。钻取样品后，将样品放入其中进行光谱分析，以获得其成分等。

同一个世界，同一个梦想——所有国家都有火星梦想

吴保军:日本在1988年未能探索火星；两个欧洲轨道系统成功了，但是着陆系统失败了。美国已经失败了很多次。极地着陆器在离火星表面40米处坠毁。俄罗斯苏联的探测器水平在指标上明显领先于美国，但基本上有20多个火星探测器都失败了。印度在2013年成功发射了火星探测器，成为第一个成功的亚洲国家。为什么火星探索的失败率如此之高，困难何在？

贾阳:其实，刚才的历史应该分为两部分。一个是冷战的早期阶段，当时苏联和美国争夺第一个去火星的人，也就是大约50年前。当时，可靠性真的很差，成功率真的不高。

第二阶段是近十年，包括印度实现亚洲第一次24小时飞行等等，属于第二阶段。这一次不再是盲目尝试的阶段，而是追求可靠性的阶段。

总的来说，火星是俄罗斯人的坟墓。它已经失败了几次，没有特别完美的案例。然而，我们也必须从别人的经验和教训中学习。只有当我们站在所谓的巨人的肩膀上，我们才能走得更远。为了立即执行这项任务，我们应该保持谨慎并尽可能多地考虑它。

主要是技术上的困难，也就是说，由于距离的原因，距离很远之后会发生什么，与我们在地球附近能够及时处理的不同，我们需要探测器在遇到这些问题时做出独立的决定。

吴保军:在这个过程中有可能使用人工智能技术吗？

贾阳:我们还没敢用这么高的词。自主权是绝对需要的。所有事情都需要由探测器自己决定。如果出现故障或异常，采取哪一个分支，这些事情需要由探测器自己处理。智慧是我们努力的方向。

吴保军:许多网民对印度的成功感到非常惊讶。这是否意味着我们的太空探索能力落后于印度？

贾阳:首先，我要祝贺他。他确实是亚洲第一个实现火星轨道的国家。但这次我们去了，计划设计或整个计划不想再走这条路了。

吴保军:因为印度已经实现了包围，我们可以跳过这一步。

贾阳:我们不想简单地包围它，但是我们想增加难度。我们想分两步走第一阶段和第二阶段，一步一步走。我们想包围它并进入大气层。我们想在火星表面着陆，然后开车出去。难度系数不同。

勾立君:在下落的过程中，空中会不会有几个小包装与地面沟通，相当于一个中继器？

杨佳:当我们的漫游者工作时，它肯定需要中继星将探测到的数据和图片传送到地面，但是当火灾发生时只有一个振铃器。尽管附近有美国包装器，但至少我们还没有依赖美国包装器向我们发送数据来执行这项任务。这个任务也是一个独立的计划。

我应该学什么专业来成为火星探索的梦想建设者？

吴保军:看完这个节目后，有抱负的年轻人希望将来成为火星探索或其他星球探索的首席设计师。他上大学时应该申请什么专业？

贾阳:我认为第一个概念是把它分开，即成为一名科学家或工程师。如果你想做科学研究并有新发现，你必须让苟老师去做。

如果你想成为一名工程师，你可以做很多职业。例如，我学习热传递，然后学习计算机、电子或机械。需求相对较大。对于那些需求不大的人，比如工业设计，在设计一辆漫游者的时候，为了设计它不仅要满足功能要求，还要满足美感的需要，我们实际上做了相应的工业设计，这属于少数人的需要。

应该说，工程几乎与航天器的工业设计有关。有许多典型的学校，包括北京航空航天大学、北方工业大学、中国南方航空公司、哈尔滨工业大学等。不同的学校专攻不同的领域，所以情况不会如此。

吴保军:如果你想成为一名科学家，你想申请什么专业？

勾立君:说科学，尤其是天文学，我认为它相对简单，因为中国有相对成熟的相应专业。例如，除了南京大学、北京师范大学、北京大学、清华大学等等之外，还有中国科学院的天文与空间研究所。许多学校都有天文学专业。

因此，如果你感兴趣，这些学校有系统的天文学学科，并且有非常好的老师。最后，通过你自己的努力，我认为你一定会实现你的理想和目标。

原标题:“田文一号”在这里！解读中国火星探测计划