为何各国“探火”都计划七八月升空？
来源：科技日报
目前，计划在7—8月择机发射的美国“毅力号”火星探测器和阿联酋“希望号”火星探测器已进入发射“倒计时”。而我国首次火星探测任务——“天问一号”的发射也备受关注。不久前，中科院院士、航天科技集团科技委主任包为民接受央视记者采访时透露，今年7—8月，“天问一号”将进行发射。
这场多国登台的“探火”大戏让人拭目以待。
在窗口期发射，省时省力省钱
包括中国在内，今年计划“探火”的国家不约而同将火箭发射日期选在7—8月，这是为什么呢?
“今年7—8月是火星探测‘窗口期’。”中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室研究员刘勇表示，火星和地球几乎在同一轨道面围绕太阳公转，地球公转周期为1年，火星公转周期约为2年。如果在环形跑道上让地球和火星进行一场赛跑，发令枪响后“慢吞吞”的火星大约每两年会遇上地球一次，此时两行星距离最近。在这一时刻前后，从地球发射火星探测器，能让人类“探火”之旅的“赶路”时间更短、所携燃料更少、成本更加低廉。
然而，即便是这最短的飞行距离，探测器仍要经历一场“长途旅行”。
中国科学院空间应用工程与技术中心研究员张伟告诉科技日报记者，火星距离地球最远约4亿公里，最近也要约5600万公里，以我国此次将要发射的火星探测器为例，需要飞行200余天才能到达遥远的火星。
探测器“赶路”期间，地球和火星始终相对运动着。因此，探测器飞行轨道设计里头藏着大学问。
“火星探测器往往沿着地火之间的霍曼转移轨道飞行。”刘勇说。
霍曼转移轨道来源：Instructables网站霍曼转移轨道来源：Instructables网站
霍曼转移轨道由德国物理学家瓦尔特·霍曼提出，是一种变换航天器轨道方法的统称，途中只需两次引擎推进，相对节省燃料。
刘勇指出，火星探测器发射升空后，先在地球附近加速，进入椭圆形的霍曼转移轨道惯性飞行，不需耗费自身所携燃料;等到达火星附近“刹车”减速，最终被火星捕获。这就要求探测器发射时，火星和地球的相对位置必须提前计算好，使得探测器的霍曼转移轨道能够与火星公转轨道在某一时刻相切。两轨道的切点就是探测器将被火星轨道捕获的空间位置，这一特定时刻就是探测器真正投入火星“怀抱”的时刻。
结合地球、火星的公转周期，以及轨道设计的相关内容，科学家通过详细周密的计算得出，在地球上每隔约26个月是发射火星探测器的最好时机，“窗口期”由此而来。
如果错过今年7—8月这次“窗口期”，下次火星探测的好时机只能等到2022年。例如，欧洲空间局(以下简称欧空局)与俄罗斯航天局合作研发的火星探测器原定于今年7月发射，但因疫情及其他技术因素影响，不得不推迟到两年后发射。
目的地相同，“赶路”时间不一
如果翻阅历史资料就会发现，即便国际上历次火星探测几乎都沿着霍曼转移轨道飞行，“赶路”时间却有长有短。
美国发射的“水手4号”火星探测器，从距离火星1万公里的高空处拍摄并回传了第一张火星表面的照片。这张充满了陨石坑的照片当时震惊了科学界。该探测器于1964年11月底发射，1965年7月中旬飞越火星，时隔8个半月。
与“水手4号”同一系列的“水手9号”则在“赶路”途中费时较少。该探测器于1971年5月底发射，同年11月中旬抵达，成为人类派往火星考察的第一颗人造火星卫星。飞行时间仅5个半月。
随着时间推移，后续发射的火星探测器飞行时间反而有增长趋势。
据此前《人民日报海外版》报道，此次我国首次火星探测任务计划飞行7—8个月。当然，还有时间更长的“探火”之行。如1975年美国发射的“海盗1号”，耗时10个月驶向火星;2013年印度发射的“曼加里安号”，耗时11个半月才进入火星轨道。
目的地相同，为何“赶路”时间不一?
刘勇告诉科技日报记者，火星探测器飞行时间相差较大，除了工程实际中火箭的运载能力和火星探测器本身的质量以外，还有两方面因素。
其一，地球、火星的公转轨道都不是真正意义上的正圆轨道，因此即便二者距离最近时，这一最近距离也有长有短。同理，如果不是同一年“窗口期”发射的火星探测器，其飞行距离也略有差别，飞行时长自然也会有所不同。
“每一次‘窗口期’火星探测器飞行的距离不等，下一次探测器飞行距离最短的‘窗口期’在2035年，这在天文学上被称为‘火星大冲’。”刘勇说。
其二，飞行时间也与飞掠、环绕等不同的探测目标有关。飞掠火星只需靠近即可，相当于“一日游”，旅途中惊鸿一瞥，拍下几张照片，扬长而去。环绕火星则需要在特定时刻“刹车制动”，进入火星轨道成为人造火星卫星，相当于“深度游”，此后扎根在火星周围，直至生命终结。因此，当探测器以环绕火星为任务目标时，其所携带的燃料更多，变轨相对复杂，飞行时间也相对长些。
除了飞行时间不一外，火星探测作为一项系统工程，还有很多耐人寻味的科学问题值得探究。正如刘勇所言：“航天工程是人类的科技极限挑战，具有极高的风险性。期待我国首次自主火星探测任务圆满成功。”
火星魅力让“探火”大军日益壮大
国际火星探测始于20世纪60年代。90年代以来，火星探测迎来又一高潮，相关科研任务进行得如火如荼，包括美、俄、日、欧、印等国在内的“探火”大军日益壮大。截至目前，火星探测任务已实施40余次，其中美国20余次，苏联/俄罗斯实施次数紧随其后，日本、欧空局和印度也分别进行过“探火”任务。火星魅力之大，可见一斑。
那么，各国为何对火星如此“钟情”?
“火星是太阳系内与地球特点最为接近的行星，是人类未来移民的首选地。”张伟表示，火星上的重力约为地球的2/5，具备较稀薄的大气——大气成分为95%的二氧化碳、3%的氮气、很少的氧气和水汽等，且可能存在水资源，通过合理改造有希望成为未来人类可以驻留的地外生存空间。
“再者，火星探测的科学价值十分突出。”刘勇在接受科技日报记者采访时如是说。
是什么原因导致火星失去了水?它怎样从一个蓝色星球变成现在一片荒漠的红色星球?其大气、环境是如何演化的?火星的今天有没有可能就是地球的明天?这些都是科学家们想要通过相关探测去解答的问题。
此外，张伟指出，火星探测是涉及众多高新技术领域的系统工程，要解决轨道设计、自主姿态确定与控制、着陆导航、热控制、辐射防护、遥操作与遥分析、深空测控通信等技术问题，能够带动系统工程、自动控制、能源、材料、通信、遥感等众多领域的迅速发展，也是一个国家科技实力和创新能力的重要体现。“在国际竞争日趋激烈的今天，火星探测已成为目前及未来很长一段时期国际航天大国竞争的主要‘竞技场’。”张伟说。
相关文章
-
《自然》展望2020年科学事件
此外，嫦娥五号将于2020年执行月面采样返回任务;日本“隼鸟2号”将把从小行星“龙宫”上采集的样本送回地球;NASA的“源光谱释义资源安全风化层辨认探测器”则会从小行星“贝努”上“咬下”一块样本。,阻止气候变暖迎来关键时刻2020年8月，联合国环境规划署(UNEP)将发布一份针对地球工程科学和技术的重要报告。,能源行业新秀辈出2020年，能源领域也将取得不少新成果：最值得期待的是钙钛矿太阳能电池。
2024-03-22 09:03 -
美"火星2020"漫游车首露真容:拟2021年2月抵达火星
据物理学家组织网近日报道，“火星2020”在NASA喷气推进实验室的大型无菌间建造完成。,它还配有一个迷你核反应堆来提供能量，用一只长2.2米的灵活机械臂和一个钻探机从它认为有利于生命存活的环境中提取岩石样本。,科学家经过多年争论才敲定这一地点，35亿至39亿年前曾是一个深约500米的湖泊，与众多河流相连。
2024-03-22 08:59 -
2020年，我们终于踏入了科幻电影中的“未来”
探测太空，追求新能源，完善人工智能，人机交互，以及向内探究自身，发展生命科学、脑科学，无一都是近百年来人类科学与科幻的共同目标。,在电影中，比人类强大数倍的“复制人”被制造出来，宠物皆为机器，警车自带飞行模式，星球移民成为日常。,来到2020虽然设想的空中汽车没有实现，但是高铁、无人驾驶发展得迅猛;《终结者》中拥有意识的“天网”尚未出现，但人工智能已无形中改变着我们生活的方方面面;“复制人”尚未被
2024-03-22 08:57 -
从新冠病毒到火星样品：我们该注意什么？
新浪科技讯北京时间2月27日消息，新型冠状病毒(SARS-CoV-2)造成的肺炎(COVID-19)疫情仍在蔓延。,他认为，在思考这一问题时，目前与冠状病毒有关的担忧气氛或许能带来启发。,例如，目前可用的新型冠状病毒诊断测试并不完全准确，而且感染者可能在感染一周之后才会出现症状。
2024-03-22 08:38 -
马斯克要把100万人送上火星 怎么才能不被火星谋杀？
新浪科技讯北京时间3月8日上午消息，据国外媒体报道，太空探索技术公司SpaceXCEO埃隆·马斯克(ElonMusk)近期表示，SpaceX有能力在2050年之前将100万人送上火星。,地外文明搜索研究所(SETIInstitute)研究人员帕斯卡尔·李(PascalLee)和其他一些人士认为，这些并不是不可逾越的障碍。,在2015年的火星协会大会上，机械工程师安德鲁·盖兹勒(AndrewGeis
2024-03-22 08:33 -
首次火星探测任务无线联试圆满完成
按照我国火星探测工程总体计划安排，今年我国将执行首次火星探测任务，此次无线联试是任务中心与航天器正样的唯一一次地面联合演练。,北京航天飞行控制中心火星任务团队积极克服新冠肺炎疫情给联试任务带来的不利影响，加强科学统筹、优化任务流程、合理调配力量，采用真实的飞控系统以及真实的航天器，所有重大关键过程全部按照1：1全过程演练，按照工程时间节点圆满完成全部既定项目，达到了联试预期效果。,据了解，目前已有
2024-03-22 08:32 -
欧空局ExoMars宣布退出2020火星赛季
在今年夏天这个发射窗口里，原计划有四位选手要相继前往火星，开展一系列科学探测黑科技。,来源：ESA、Roscosmos虽然发射后不久就发现微风-M上面级似乎出了点问题，但好在有惊无险，轨道器和着陆器都没受影响，继续飞向火星。,来源：NASA/JPL-Caltech/UniversityofArizona事故调查显示[9]，斯基亚帕雷利号着陆器主要是死在了打开降落伞之后的软件故障上。
2024-03-22 08:28 -
NASA的"火星车们”：寻找红色星球上水和生命的痕迹
但是，如果你不介意人类被机器人取代的话，那么，最伟大的太空探索时代此时就在火星上展开。,盖尔撞击坑有35亿年的历史，直径150公里，后来充满了湿沉积物和尘埃，然后又遭到侵蚀。,通过这些样品，科学家或许能找到微化石，或进行更为灵敏的化学研究，并最终揭示火星到底有没有生命存在。
2024-03-22 08:27 -
太酷了！“好奇”号在火星上探测到了有机分子
这篇新论文从生物和非生物(没有生命)两个角度探索了火星上能够造成噻吩的一些方式。,由此可以想象，这个反应在火星早期发生剧烈的活动期间就已经出现了。,不仅如此，好奇号火星车还发现了岩石中的各种有机化合物，除了发现噻吩外还证实了这个区域的甲烷和氧气在季节循环中都会有所增减。
2024-03-22 08:25 -
把火星改造成第二个地球，可能吗？
不过，雷达数据显示，埋藏在火星极区地下还有一些干冰，这个更多一点，相当于12mbar。,来源：NASA/JPL/Caltech/JHUAPL/Univ.ofArizona以上这些统统加起来，也就只有地球大气压的10%。,再说了，封闭的环境更安全，不容易被陨石砸呢。
2024-03-22 08:23