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人類抵達火星到底有多難？
來源： 國家航天局探月與航天工程中心
作者：南皮縣產學研科技成果中服務中心
日期：
2020-08-02
人類對地球的“姊妹星”火星的探測始于上世紀60年代，前蘇聯和美國率先展開，后期日本、歐空局、印度相繼加入這一行列。幾十年來，火星探測成功率僅為一半左右。前蘇聯在1960-1988年間進行了近20次探測任務，但沒有一次取得完全成功。在20世紀90年代以后，成功率才達到三分之二左右。
那么，開展火星探測的難點在哪里呢?
第一，距離遙遠。火星距離地球在5600萬—4億千米之間，且變化區間大。地火距離和相對運動規律對方案總體設計、可靠性設計、計劃管理等提出了更高要求。目前，人類探測器飛往火星耗時大約要7個月。此外，火星與地球并不處在同一平面內，軌道設計難度可想而知。由于距離問題，地火之間信號傳輸時延達到23分鐘，標準的火星著陸過程持續時間僅7分鐘左右，這意味著全程的降落過程必須依靠探測器自主完成。
第二，窗口難得。根據地火在太陽系的相對運動關系，約26個月出現一次從地球發射探測器到火星的機會，這就是所謂的“窗口期”，一旦錯過就需要等待兩年多。在本窗口期，阿聯酋“希望號”已經啟程，我國“天問一號”已整裝待發，美國“毅力號”也將于近期發射奔火。
第三，需要強力運載火箭。前往火星，不僅需要擺脫地球引力，還需要擺脫太陽的強大引力，這意味著更強力的運載火箭是探測火星的先決條件。今年的火星探測任務中，各國都拿出了自己的王牌運載火箭，阿聯酋使用日本H-2A運載火箭，美國使用宇宙神五號運載火箭，我國使用長征五號運載火箭。
第四，著陸難度大。火星大氣密度僅為地球的1%左右，可以利用它對探測器進行減速，但過程中會產生高達2000攝氏度的熱量。火星著陸器既需要隔熱罩隔絕熱量，還需要配備減速、降落傘進一步減速。但不足以讓探測器減速到可實現軟著陸的水平，另需要反推發動機進行減速，實現懸停、避障、降落。
第五，著陸區域與時機的選擇。火星表面溝壑縱橫，砂礫遍布，對著陸點的選擇和火星車的路徑規劃提出了更高的要求。由于長期風化，缺乏溫室效應又導致火星不同區域氣壓差很大，進一步導致火星表面風力強勁，經常出現沙塵暴。
無畏挑戰的科學精神永遠閃耀，探索浩瀚宇宙的步伐不會停止。我國天問一號任務目前正在做最后的發射準備，即將開啟飛向火星的夢想之旅，敬請期待。
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