火星探测器|登陆火星，盛宴启幕！发射窗口再度来临，各国掀起新一轮火星探测器发射高潮
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（图/视觉中国）
从远隔4亿千米到相距6200万千米 ， 今年10月 ， 火星将再次来到与地球非常接近的位置 。 就在最近 ， 26个月出现一次的火星探测器发射窗口期又一次开启 ， 人类将迎来新一轮的火星探测器发射高潮 。 我国首个火星探测器“天问一号”也将在这个“窗口”发射 。
从古至今 ， 人类对火星这颗神秘的红色行星的探索 ， 从未停止 。 尤其是最近几十年 ， 航天技术发展日新月异 ， “登陆火星”正成为世界各国争相实现的深空探测目标 。
为了探测火星 ， 早在60年前 ， 人类就开始发起各种火星探测任务 。 在各种类型的火星探测任务中 ， 登陆火星无疑是其中难度最大的 ， 代表了当今火星探测的最高水准 。
按照计划 ， 中国首次火星探测任务“天问一号”将在7月下旬到8月上旬择机发射 ， 一次性完成“绕、落、巡”三大任务 。 “天问一号”上搭载有一辆中国人自主研制的火星车 ， 计划于2021年初登陆火星 ， 这意味着我国将向登陆火星这一高难度“探火”任务发起挑战 。
26个月一次
“探火”发射窗口开启
从地球化学专业角度来说 ， 再多的遥感探测 ， 都比不上1克火星岩石带给我们的信息丰富 。 发射探测器登陆火星 ， 从火星上取样回到地球 ， 可以最直接地带回火星上是否有生命的确切信息 。
可是 ， 火星距离地球太远了 。 这个与地球一样沿着椭圆形轨道绕着太阳转的红色行星 ， 最远的时候距离地球超过4亿千米 ， 最近时也相距约5500万千米 。
由于火箭的推力有限 ， 为了节省能量 ， 航天器从地球到火星 ， 要沿着抛物线的霍曼转移轨道才最省燃料 。 这就要求火星探测器从地球上起飞时 ， 火星恰好处于地球前方约44°的相对位置 。 因此 ， 每隔26个月才会出现一个发射机遇期 ， 每次时长约在一个月左右 ， 这就是火星探测器的“发射窗口” 。
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（图/视觉中国）
这几天 ， 火星到地球的距离约为1.1亿千米 ， 且正在以每秒18千米的速度接近地球 。 7月23日 ， 火星探测器的发射窗口期开启 ， 地球和火星的距离将缩短到1亿千米 。 这段时间前后 ， 包括“天问一号”在内的数个火星探测器都已整装待发 。
今年10月14日前后 ， 火星与地球之间的距离将缩短到6200万千米 ， 是两者相对最接近的时候 。 此时 ， 火星、地球、太阳将在太空中排成一条直线 ， 这就是天文学上的“火星冲日” ， 也是从地球上观测火星的最佳时机 。 而今年 ， 当人们在地球上观测火星时 ， 包括“天问一号”在内的各国火星探测器可能正在奔向火星 。
困难重重
各国火星计划命运多舛
航天是一个系统工程 ， 涉及数百家甚至上千家单位 ， 但火星探测器的发射时间却很难推迟 ， 这就给工程的组织、实施、协调带来了较大难度 。 此外 ， 遥远的距离也给航天器的通信、测控带来了极大困难 。
【火星探测器|登陆火星，盛宴启幕！发射窗口再度来临，各国掀起新一轮火星探测器发射高潮】地球到月球的平均距离为38万千米 ， 但地球与火星之间的距离最远达4亿千米 ， 无线电波以光速传播 ， 单程就需要将近23分钟 。 也就是说 ， 从地面上发一个指令给“天问一号” ， 它要在23分钟之后才能执行；而地球上的工程师收到指令的执行结果 ， 则要到将近一个小时之后 。 因此 ， 纵观人类火星探测任务的执行历史 ， 完全成功的不足50% 。
不过 ， 越是困难越向前 。 早在20年前 ， 美国宇航局就曾计划于2007年发射一辆火星车 ， 采集岩石样品送回地球 。 由于受到经费限制 ， 这一计划只能被搁置起来 。
今年 ， 美国将再探测火星 ， 准备将一辆以寻找生命相关标志物为探测重点的火星车“毅力号”送上火星 ， 希望能回答“火星上究竟是否有过生命”这一科学问题 。 “毅力号”还将携带43根样品管 ， 将采集到的岩石和土壤样品妥善封装 ， 等2030年前后的下一次火星探测任务时 ， 把样品带回地球 。
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▲美国航空航天局和欧洲航天局提出的火星样本返回任务概念图 ， 由探测器收集岩石土壤样本 ， 并将其储存在密封管中发射返回地球 。 图片来源：NASA/JPL
在航天任务中 ， 欧洲既跟美国合作 ， 也跟中国和俄罗斯合作 。 2016年 ， 欧洲和俄罗斯已经合作过一次火星探测任务 ， 虽然成功将轨道器送入环绕火星轨道 ， 但一同奔赴火星的着陆器“斯基亚帕雷利号”却最终坠毁 。 此后 ， 双方再次合作 ， 由俄罗斯研制着陆器 ， 欧洲空间局研制火星车 ， 两者合体前往火星 。 这辆采用太阳能发电的火星车 ， 将钻入地下两米深处进行采样分析 。 科学家相信 ， 那里可以屏蔽火星表面的严酷环境 ， 或许还保留着远古时代形成的微生物 。 然而 ， 或许由于新冠疫情的影响 ， 今年3月12日 ， 欧空局和俄罗斯宇航局突然宣布该任务推迟两年 。
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