原標題：中國2020年將探測火星，起步雖晚卻有可能“彎道超車”

2019年被不少人稱為“中國航天超級2019”，而即將到來的2020年，中國航天將進一步延續(xù)“超級模式”。日前，國家航天局首次公開了我國火星探測任務。據(jù)悉，我國將在明年擇機發(fā)射火星探測器，開展火星全球性和綜合性探測。

截至2016 年12 月，人類已進行了45 次火星探測活動。美國、俄羅斯、日本、印度、歐洲空間局等國家或組織都已制訂了各自的長遠的火星探測計劃，全方位地開展對火星生命信息、環(huán)境、大氣、巖石、水及內(nèi)部構(gòu)造等的探測與深入研究。根據(jù)天體運行的規(guī)律，人類探測火星的窗口，也就是探測器發(fā)射的最佳時間每隔26個月才有一次機會，所以我國的首次火星探測任務計劃在2020年擇機實施。按照規(guī)劃，火星探測器發(fā)射后，大概需要經(jīng)過200天左右的飛行，才能最終到達火星。

最近由上海科技教育出版社推出的《火星科學概論》獲得了第七屆中華優(yōu)秀出版物獎，這本系統(tǒng)論述火星的權(quán)威性科學專著，為關注火星科學研究與火星探測進展的公眾普及了火星科學知識。現(xiàn)選摘書中部分章節(jié)，以饗讀者。

經(jīng)過長期的觀測和50多年的近距離探測，人類已經(jīng)對火星有了一定的了解，在火星科學研究領域取得了巨大的成就，但這還遠遠不夠。無論是火星電離層、火星大氣層、火星土壤、火星內(nèi)部結(jié)構(gòu)，還是火星的形成與演化過程等，都存在著許許多多的科學問題有待我們進一步探索和考證。而火星作為地球的近鄰，其表面是否存在或曾經(jīng)存在生命，一直以來更是得到高度重視。探尋火星過去或現(xiàn)存的生命跡象，探索能否將火星改造成人類的第二個棲息地，將是未來國際火星探測的一大主流。

2020年中國火星探測工程要研究些什么？

我國火星探測起步較晚，但隨著探月工程取得重要進展，我國已具備開展火星探測的能力。適時開展火星探測，可以在空間科學、空間技術和空間應用領域加速實現(xiàn)從跟蹤研究向自主創(chuàng)新轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)從航天大國向航天強國邁進。

2016年4月22日，我國首次火星探測任務正式立項，計劃在2020年通過一次發(fā)射實現(xiàn)火星軌道器環(huán)繞探測和火星車軟著陸巡視探測。首次火星探測的科學目標是：通過環(huán)繞探測，開展火星全球性和綜合性的探測；通過巡視探測，開展火星表面重點地區(qū)高精度、高分辨率的精細探測。

具體科學目標包括：

（1）研究火星形貌與地質(zhì)構(gòu)造特征。探測火星全球地形地貌特征，獲取典型地區(qū)的高精度形貌數(shù)據(jù)，開展火星地質(zhì)構(gòu)造成因和演化研究。

（2）研究火星表面土壤特征與水冰分布。探測火星土壤種類、風化沉積特征和全球分布，搜尋水冰信息，開展火星土壤剖面分層結(jié)構(gòu)研究。

（3）研究火星表面物質(zhì)組成。識別火星表面巖石類型，探查火星表面次生礦物，開展表面礦物組成分析。

（4）研究火星大氣電離層及表面氣候與環(huán)境特征。探測火星空間環(huán)境及火星表面氣溫、氣壓、風場，開展火星電離層結(jié)構(gòu)和表面天氣季節(jié)性變化規(guī)律研究。

（5）研究火星物理場與內(nèi)部結(jié)構(gòu)。探測火星磁場特性。開展火星早期地質(zhì)演化歷史及火星內(nèi)部質(zhì)量分布和重力場研究。

中國火星探測在10年內(nèi)要解決哪些難題？

2030年前，我國火星探測的主要任務是環(huán)繞遙感探測、軟著陸巡視探測和采樣返回，實現(xiàn)對火星從全球普查到局部詳查再到樣品實驗室分析的科學遞進。

環(huán)繞遙感探測的科學目標著眼于對火星的全球性探測，致力于建立火星的總體、全局的科學概念；軟著陸巡視探測科學目標著眼于對火星局部地區(qū)的重點探測，主要開展火星科學試驗；采樣返回的科學目標著眼于著陸點的現(xiàn)場調(diào)查與分析、火星樣品的分析研究，主要開展比較行星學研究。

星空浩瀚無比，探索永無止境。火星探測等深空探測任務的逐步推進是一項長期而艱巨的工程，我們相信，通過航天人的不懈努力，中國的深空探測一定會不斷取得突破，火星也必將是21世紀人類踏上的第一顆地外行星。

NASA火星之旅為什么要“三步走”？

2004年，美國提出了“新太空計劃”，著手制造新一代宇宙飛船，主目標是在2030年前后把人類送上火星。2011年，NASA再次制訂了詳細的《2013—2022行星科學十年規(guī)劃與展望》，囊括了美國未來十年行星探測的科學目標、發(fā)展規(guī)劃及科學探測任務，把火星探測規(guī)劃為重中之重，并明確了在21世紀30年代實現(xiàn)載人登陸火星的發(fā)展目標。在此基礎上，2015年，美國NASA就火星探測發(fā)展政策和戰(zhàn)略規(guī)劃公布了《NASA的火星之旅——開拓太空探索下一步》，充分展示了美國加快火星探測步伐之決心。

2015年10月公布的《NASA的火星之旅——開拓太空探索下一步》，是一份人類登陸火星的詳細計劃。火星之旅將分三個階段推進，每個階段隨著探索的距離更遠也必將面臨更多挑戰(zhàn)。

NASA將通過漸進式的步伐開發(fā)和驗證各項能力，從而解決相關難題。三大階段分別是：

第一階段：依賴地球階段。依賴地球的探索將聚焦于在國際空間站（ISS）上開展研究活動，包括微重力試驗和一系列相關測試研究，為宇航員的長期駐留提供技術支撐，以支持未來深空探測長期任務。

第二階段：深空試驗場階段。本階段的任務主要是探索在距離地球幾天航程的深空環(huán)境中如何開展復雜的載人運行，提升和驗證在距地球更遠距離時（如火星上）人類生存和工作所需的各項能力。

第三階段：獨立于地球階段。此階段的活動將以上述前兩個階段為基礎，使載人活動到達火星附近（如低火星軌道或某個火星衛(wèi)星），并最終到達火星表面。未來的火星任務將由NASA和合作伙伴共同開展，探索在地球以外生命延續(xù)的潛在可能。

歐洲空間局“火星生命探測計劃”為何走走停停？

2003年，歐洲空間局（ESA）提出了“曙光計劃”，確立了歐洲未來30年太陽系探測的發(fā)展戰(zhàn)略和路線圖，提出以機器人和載人登陸火星為主，探尋太陽系中地外生命存在跡象，揭示太陽系起源。經(jīng)過細化論證，2005年ESA正式發(fā)布了《宇宙憧憬2005—2025》，描述了未來20年空間科學的發(fā)展藍圖，指出火星探測是ESA未來10—20年將要開展的重要空間科學探測活動。2015年，ESA公布最新的《空間探索戰(zhàn)略》，火星仍是其重點探索目標。

ESA在《空間探索戰(zhàn)略》中提出，火星是其三個優(yōu)先探索目標之一，主要任務包括“火星生命探測計劃”（ExoMars）系列任務和火星機器人探測預備任務。其中最為突出的一點就是廣泛的國際合作。ESA特別指出，當前處于籌備期，潛在的國際合作伙伴包括美國、俄羅斯、加拿大、日本、中國等國的國家航天部門以及私營部門。

在任務路線圖方面，ESA未來火星空間探索的主要活動是通過ExoMars系列任務開展火星生命演化研究，確保歐洲在國際火星取樣返回中占有一席之地，與俄羅斯建立戰(zhàn)略伙伴關系，參與首次火星采樣返回任務及未來的載人登陸火星。

根據(jù)《空間探索戰(zhàn)略》，ExoMars系列任務邁出了ESA探索紅色星球的第一步。事實上，ExoMars在2005年就通過了ESA成員國的正式批準，此后該計劃有幾次幾乎停止。在美國放棄將ExoMars 作為優(yōu)先任務后，俄羅斯聯(lián)邦航天局作為新的合作伙伴加入ExoMars任務，為ExoMars兩個項目提供關鍵部件和科學儀器，包括為運送衛(wèi)星的“質(zhì)子號”火箭提供到達火星所需的一切硬件。ExoMars任務的預算約為13億歐元。

俄羅斯火星探測器啥時候能發(fā)射？

俄羅斯沒有因早期（蘇聯(lián)時期）火星探測系列任務和2011年“火衛(wèi)一—土壤號”火星探測任務的失敗而氣餒。2012年3月，俄羅斯聯(lián)邦航天局制訂并公布了《2030年前航天活動發(fā)展規(guī)劃》草案，其中涉及建立火星試驗站等一系列目標。2012年4月，其又制訂了《2012—2025太陽系探測總體規(guī)劃》。這兩份規(guī)劃都把火星列為首要探測目標。2016年3月，俄羅斯政府批準了《2016—2025俄羅斯十年太空計劃》。

《2016—2025俄羅斯十年太空計劃》指出，俄羅斯未來10年將把精力集中在金星近地軌道、太空輻射和太陽活動的研究。

在以對火星土壤進行檢測、采樣返回的“大衛(wèi)一—土壤號”任務失敗后，2014年，俄羅斯重新提出自己的火星土壤采樣返回的Expedition M任務，更改為“火衛(wèi)一表面探測和土壤采樣返回”任務，并納入2015年財政預算，共計約51億盧布。Expedition M探測器計劃于2024年使用安加拉5型（Angara 5）火箭發(fā)射。該任務將為2030年的火星采樣返回作準備。

日本為什么要以月球為中轉(zhuǎn)站奔赴火星？

2005年，日本制訂了跨越20年的航天發(fā)展路線圖，即《日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)長期發(fā)展規(guī)劃——JAXA2025》，提出了未來20年空間活動的發(fā)展目標、發(fā)展方向、發(fā)展規(guī)劃與設想。該規(guī)劃指出，下一代太陽系探索的重點是實現(xiàn)探測器飛往火星，重點探測火星氣候。總體思路是首先建立月球基地，以月球作為中轉(zhuǎn)站奔赴火星。

1998年7月3日，日本首個火星探測器“希望號”發(fā)射升空，使得日本成為世界上第三個發(fā)射火星探測器的國家。但是“希望號”在太空中艱難飛行了5年之后，于2003年12月9日宣布失敗。日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)（JAXA）計劃最早于2022年發(fā)射飛向火星的衛(wèi)星——火衛(wèi)一和火衛(wèi)二的探測器，將利用小行星探測技術，首次從火星衛(wèi)星上帶回沙子、巖石等樣本加以研究。

2007年，印度空間研究組織（ISRO）正式對外發(fā)布探測火星計劃。2012年8月計劃啟動，2013年11月15日“曼加里安號”火星探測器發(fā)射升空，2014年9月成功進入火星軌道，在500km ? 80000km橢圓軌道上開展科學探測任務。印度成為亞洲首個成功進行火星探測的國家。“曼加里安號”的成功，大大激發(fā)了印度對火星探測的雄心，目前SRO已啟動了后續(xù)火星探測任務的論證工作。

作者：歐陽自遠、鄒永廖等

[責任編輯：楊凡、武云泉]

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