太空时代的火星探索

　　1957年10月4日，苏联的第一颗人造卫星“斯普特尼克1号”发射升空，标志着人类太空时代的来临。自打进入太空时代，火星便成了航天探测器的主要目标之一。

　　虽然火星轨道同地球是如此相近，但却算不上是一个容易达到的地方。由于火星和地球公转轨道周期不同，平均每26个月才能迎来一次交汇，届时将有为时几周的窗口期可以供探测器切入火星轨道。截至2020年6月，世界各国总共进行了57次直接或间接火星空间探测任务，其中只有31次成功或者部分成功。

　　在1960年到1975年间，美苏两国掀起了第一轮火星探测热潮，苏联在这期间连续发射了16颗火星探测卫星，然而除了“火星-X”系列的7颗卫星，其他全部发射失败。而成功的卫星中，“火星2号”在轨航天器在八个多月的时间内持续传回了大量观测数据，“火星3号”则在1971年12月2日首次实现了火星表面的软着陆，遗憾的是密封舱着陆仅传回20秒的数据后就失去了联系。

　　美国的火星探测虽然起步晚于苏联，但却更早取得了成功。1964年至1970年美国发射了“水手”系列人造卫星，其中“水手4号”是第一个成功飞越火星的探测器，而“水手9号”则在1971年11月13日进入火星环绕轨道，成为火星的第一颗人造卫星。美国在1976年实现了“海盗”系列探测器在火星表面软着陆，其中“海盗1号”一直工作到1985年寿命结束，而“海盗2号”也工作至1980年。

　　苏联的火星任务失败率奇高不是没有原因的。人类开展空间探索初期，火箭的运输能力、入轨精度以及零部件的可靠性都很难满足需求，而其时美苏两个超级大国处于冷战时期的空间竞赛，苏联的火星任务仓促上马，准备不足，才导致前10次任务尽数失败，其中7次都没能完成发射阶段的任务。甚至直到20世纪70年代之后，由于运载火箭事故导致的任务失败仍旧层出不穷。

　　苏联直到1988年7月才恢复了火星探测任务，但均未获得成功。2011年，俄罗斯发射“福布斯-土壤”探测器时同步搭载了中国的首个火星探测器“萤火1号”，然而发射后因为无法变轨进入地火转移轨道而宣告任务失败。

　　在“海盗”任务之后，美国也迎来了火星探测的低谷，直至20世纪90年代才重启火星探索的征程，并在1992年9月25日发射了“火星观察者”，然而这枚探测器在即将进入火星轨道时与地球失联了。经过了四年的技术改进，美国又在1996年11月6日和12月4日相继发射了“火星全球勘探者”和“火星探路者”两枚探测器，其中“火星探路者”再次成功着陆火星表面。美国在之后的十余年间陆续发射了14枚探测器，其中“火星探测轨道器”，“好奇号”火星漫游车等探测器仍旧工作于火星轨道或者火星表面。

　　虽然比美苏两国慢了几拍，但其他国家在火星探索上也很快迎头追上。欧洲空间局在2003年6月发射的“火星快车”顺利进入火星轨道，并继续工作至今天。不过其携带的“猎犬兔2号”着陆器却没能成功登陆火星。2016年3月欧空局和俄罗斯联合发射的“外火星气体追踪轨道器”至今仍停留在工作岗位上。

　　日本在1998年曾发射过一枚轨道探测器“希望”，但是却在到达火星轨道前耗尽了燃料宣告失败。而印度在2013年11月成功发射了首个火星探测器“曼加利安号”，并于2014年9月成功进入火星环绕轨道。

　　中国在2016年1月11日正式立项了中国行星探测任务，探测器被命名为“天问”系列。“天问一号”火星探测器将携带火星车“赤兔号”，一步实现火星轨道器环绕探测、火星软着陆和火星车巡视任务，预计将于2020年7月发射升空。

　　“天问1号”预计将在7月至8月之间择机搭载于长征5号系列火箭发射升空，然后进入火星轨道，如果一切顺利，“天问一号”携带的“赤兔号”将在明年4月23日前后在火星乌托邦平原（暂定）着陆，逐步开展科研任务。

　　在2020年的火星登录窗口期期间，原本美国航空航天局、阿联酋空间站、欧空局和俄罗斯航天局都有火星探测器发射任务，然而受到新冠肺炎疫情影响，欧空局和俄航局的合作项目已经推迟至2022年8月之后。

　　过去的4000年来，我们对火星的了解，从一颗橘红色的亮点，到一枚可以被开发利用的宜居带行星，火星也从最初的遥不可及，到几乎遍布人类的探测器，甚至火星探测的任务次数已经超过了同期的月球探测项目。作为人类走出地球系统的第一站，火星势必将会成为人类深空探索的最重要目标之一，相信在不远的将来我们就能登上火星的土地，建立第一个人类太空居留地，将火星逐渐开发成为第二颗地球。

　　（作者：刘孜铭，系中国科学院国家天文台硕士；黄京一，系中国科学院国家天文台工程师）