天问一号，下一站火星(3)
▲ 中国火星探测着陆器和火星车组合方案(图源：中国国家航天局)
▲ 中国火星车概念图(图源：中国国家航天局)
着陆系统还需要完全自主导航。标准的火星着陆过程持续时间仅7分钟左右，甚至不足以完成一次地球至火星的通信过程。这意味着全程超过1000个动作的降落过程必须依靠着陆器自主完成，对软件和硬件的要求极高。
克服一系列困难着陆火星之后，着陆器和火星车还要面对火星恶劣环境的考验。由于长期风化，火星上沙尘非常细密，缺乏温室效应又导致火星不同区域气压差很大，易形成强风。所以，火星上经常出现沙尘暴。2018年机遇号火星车失联的直接原因就在于此。
能量来源也是问题。火星距离太阳更远，火星能接收的太阳能仅是地球的44%左右。因此，火星探测器要么选择太阳能，但要面对能量低、风险高的困难；要么选择极其昂贵的核电池，且由于火星夜晚过于寒冷，必须携带热源保温。
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相信读到这里，大家已经充分理解了火星探测是一项多么困难的任务，一旦成功又将是多么伟大的成就。为了天问一号，中国航天人做了无数的努力。
1.火箭方面：2016年，中国最强运载火箭长征五号实现突破；2020年5月5日，以长征五号为基础改进研制的长征五号乙运载火箭首飞成功。
2.轨道设计方面：2012年，嫦娥二号探测器已经实现了飞越日地拉格朗日点(指飞行器受太阳、地球两大天体引力作用，能保持相对静止的点)、飞越图塔蒂斯小行星和进入深空700万千米的壮举。
3.着陆技术方面：在有大气情况下着陆，已经有了神舟1～11号载人飞船的验证；在无/稀薄大气情况下着陆，已經有了嫦娥三号和嫦娥四号任务的成功经验。
4.深空通信地球方面：中国深空通信网已经初步建成，还有万吨级远望号航天测量船辅助。
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▲ 天问系列是中国行星探测的庞大规划
5.深空通信中继方面：2018年中国发射了人类唯一的地月通信中继卫星—鹊桥号。
6.火星车方面：中国已有了玉兔号和玉兔二号月球车，其中玉兔二号已经在月背工作超过1年，实现了人类月球车最长工作时间的突破。
7.在科研方面：天问一号整体携带了13项科学仪器，要实现5大科学目标。
经过这些周密的准备，2020年天问一号通过了所有的核心测试，终于在7月23日从文昌火箭发射基地乘坐长征五号遥四运载火箭出发前往火星，预计于2021年2月抵达火星，届时将一次实现“绕”“着”“巡”三大任务。
1.环绕/轨道器主要负责将系统整体切入环绕火星轨道，进行全球勘探科研。用来研究火星全球磁场、表层元素、大气和中性粒子、全球地貌(高程)等，同时作为地面着陆系统的通信中继系统。
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2.着陆器主要负责软着陆过程，降落在火星表面，同时分析着陆点附近的情况，另一主要任务是释放火星车。
3.火星车自由巡视火星表面细节。火星车底部装有地表穿透雷达，可以研究火星土壤深处的元素分布情况。磁场感应设备可以确认着陆和巡视区域的地表磁场情况。重头戏将是研究巡视区域的土壤和岩石主要成分，查看常规的水、元素构成，有机物也是一个需要搜寻的目标。作为一个整体的系统，火星车也会携带导航、避障设备以及微距相机等，为我们带来更多关于火星表面的细节。其他基本组或还包括通信设备、太阳能电池板、电池等。
中国近些年在深空探测领域成果斐然，例如嫦娥四号探测器完成了人类首次着陆月球背面的壮举。天问系列则立足长远。天问一号不仅开启了火星探测任务，更是中国整个行星探测计划启程的标志。火星，只不过是下一站。
除了火星，天问系列在可以预见的将来还会去地球的近邻—金星，还有可能挑战极限，前往难度更大的太阳系内侧的水星和外侧的四大气态行星(木星、土星、天王星、海王星)。希望天问一号火星探测任务一切顺利，也希望天问系列带着中国人的梦想飞遍寰宇。
作者：毛新愿
出版日期：2020年4月
出版发行：电子工业出版社
定价：78元, http://www.100md.com
▲ 中国火星车概念图(图源：中国国家航天局)
着陆系统还需要完全自主导航。标准的火星着陆过程持续时间仅7分钟左右，甚至不足以完成一次地球至火星的通信过程。这意味着全程超过1000个动作的降落过程必须依靠着陆器自主完成，对软件和硬件的要求极高。
克服一系列困难着陆火星之后，着陆器和火星车还要面对火星恶劣环境的考验。由于长期风化，火星上沙尘非常细密，缺乏温室效应又导致火星不同区域气压差很大，易形成强风。所以，火星上经常出现沙尘暴。2018年机遇号火星车失联的直接原因就在于此。
能量来源也是问题。火星距离太阳更远，火星能接收的太阳能仅是地球的44%左右。因此，火星探测器要么选择太阳能，但要面对能量低、风险高的困难；要么选择极其昂贵的核电池，且由于火星夜晚过于寒冷，必须携带热源保温。
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出发!天问一号
相信读到这里，大家已经充分理解了火星探测是一项多么困难的任务，一旦成功又将是多么伟大的成就。为了天问一号，中国航天人做了无数的努力。
1.火箭方面：2016年，中国最强运载火箭长征五号实现突破；2020年5月5日，以长征五号为基础改进研制的长征五号乙运载火箭首飞成功。
2.轨道设计方面：2012年，嫦娥二号探测器已经实现了飞越日地拉格朗日点(指飞行器受太阳、地球两大天体引力作用，能保持相对静止的点)、飞越图塔蒂斯小行星和进入深空700万千米的壮举。
3.着陆技术方面：在有大气情况下着陆，已经有了神舟1～11号载人飞船的验证；在无/稀薄大气情况下着陆，已經有了嫦娥三号和嫦娥四号任务的成功经验。
4.深空通信地球方面：中国深空通信网已经初步建成，还有万吨级远望号航天测量船辅助。
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▲ 天问系列是中国行星探测的庞大规划
5.深空通信中继方面：2018年中国发射了人类唯一的地月通信中继卫星—鹊桥号。
6.火星车方面：中国已有了玉兔号和玉兔二号月球车，其中玉兔二号已经在月背工作超过1年，实现了人类月球车最长工作时间的突破。
7.在科研方面：天问一号整体携带了13项科学仪器，要实现5大科学目标。
经过这些周密的准备，2020年天问一号通过了所有的核心测试，终于在7月23日从文昌火箭发射基地乘坐长征五号遥四运载火箭出发前往火星，预计于2021年2月抵达火星，届时将一次实现“绕”“着”“巡”三大任务。
1.环绕/轨道器主要负责将系统整体切入环绕火星轨道，进行全球勘探科研。用来研究火星全球磁场、表层元素、大气和中性粒子、全球地貌(高程)等，同时作为地面着陆系统的通信中继系统。
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2.着陆器主要负责软着陆过程，降落在火星表面，同时分析着陆点附近的情况，另一主要任务是释放火星车。
3.火星车自由巡视火星表面细节。火星车底部装有地表穿透雷达，可以研究火星土壤深处的元素分布情况。磁场感应设备可以确认着陆和巡视区域的地表磁场情况。重头戏将是研究巡视区域的土壤和岩石主要成分，查看常规的水、元素构成，有机物也是一个需要搜寻的目标。作为一个整体的系统，火星车也会携带导航、避障设备以及微距相机等，为我们带来更多关于火星表面的细节。其他基本组或还包括通信设备、太阳能电池板、电池等。
中国近些年在深空探测领域成果斐然，例如嫦娥四号探测器完成了人类首次着陆月球背面的壮举。天问系列则立足长远。天问一号不仅开启了火星探测任务，更是中国整个行星探测计划启程的标志。火星，只不过是下一站。
除了火星，天问系列在可以预见的将来还会去地球的近邻—金星，还有可能挑战极限，前往难度更大的太阳系内侧的水星和外侧的四大气态行星(木星、土星、天王星、海王星)。希望天问一号火星探测任务一切顺利，也希望天问系列带着中国人的梦想飞遍寰宇。
延伸阅读
作者：毛新愿
出版日期：2020年4月
出版发行：电子工业出版社
定价：78元, http://www.100md.com