天问|“火星季”开启！“天问一号”的火星之旅进入倒计时！
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火星，或许是日月之外人类最早注意到的天体之一。古人称火星为“荧惑”，在春秋战国时期诸子百家的著作里，就出现了大量对于“荧惑”的记载。千百年后，在2020年4月24日中国航天日，国家航天局正式公布：中国行星探测任务命名为“天问系列”，首次火星探测任务命名为“天问一号”。
“天何所沓？十二焉分？日月安属？列星安陈？”2000多年前，当古人仰望星空，那片静谧又神秘的蓝就已勾起了对太空的好奇心，屈原曾这样撰诗“问天”。漫漫历史长河，人们在仰望与埋首中，积累了大量的理论与实践。如今的中国科学家，要将这些问号，递交到苍穹深处。
这个夏天，注定热闹。北京时间7月20日凌晨5时58分，阿联酋首个火星探测器“希望”号从种子岛宇宙中心发射升空，宣告2020年“火星季”正式开启。
我国首个火星探测器也即将择机发射升空，任务目标是通过一次发射，实现火星环绕、着陆和巡视探测，获取火星探测科学数据。就在前几天，长征五号遥四运载火箭在我国文昌航天发射场完成技术区总装测试工作后，垂直转运至发射区，目标：火星！
一问：为何是火星？
从“火星叔叔马丁”，到电影《火星救援》里种植土豆来自给自足，火星一直寄托着人类无数太空梦想，万众期待中的中国首次火星探测之旅，即将按计划开启。
火星是地球的邻居，这颗在夜空中红色荧荧的星球，因为与地球的种种微妙相近，一直以来都是科学家们关注的焦点。火星的地质情况与月球非常接近，其大小介于地球和月球之间，重量大约是地球的十分之一，体积相当于地球的六分之一。火星与地球有着相似的自转周期，火星上的“一天”大约是24小时39分钟。与地球相似的自转倾角也意味着它与地球一样有着四季的变化。此外，火星有着以二氧化碳为主的稀薄大气。
经过长期的观测和数十年的近距离探测，人类已经对火星有了一定的了解，但这还远远不够。无论是火星电离层、火星大气层、火星土壤、火星内部结构，还是火星的形成与演化过程等，都存在着许许多多的科学问题有待我们进一步探索和考证。在太阳系中，除了地球外，是否有其他星球存在生命呢——这是人类长久以来不懈探索的一个问题，火星是太阳系中最容易到达的恒星，也是研究这个问题的绝佳地点。
“地球受到太多的自然威胁，加上人类自身的一些行为，未来很可能不再宜居。”去年，中国科学院院士、著名天体化学与地球化学家欧阳自远在软件定义卫星高峰论坛上如是说，“我们要在太阳系里找到一个对象，探讨能否把它变成第二个地球，让人类能够大量地迁居到上面去。”目前来看，唯一可能的天体就是火星。
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图说：地球和火星的轨道周期、会合周期示意图 来源/国家航天局
二问：为何是2020年？
“错过了2020年，那只能等两年零两个月以后，才能再发射一次探测器。”欧阳自远表示。这是因为地球和火星都在围绕太阳运转，两者的相对位置不断变化。从地球的视角来看，每隔大约780天才能和火星最接近一次，这个时间又叫做会合周期，大约是26个月，即每26个月出现一次宝贵的火星探测发射窗口期。
人类现有的以化学燃料为核心动力的火箭性能依然有限，但是如果利用这个会合时间点附近的窗口探测，成功率就会高很多。人类对火星的探测始于上世纪60年代，基本都要利用一次次会合周期打开的探索窗口出发探测。
要知道，火星离地球非常遥远，是“地月”距离的数百倍，目前最先进的探测器从地球飞到火星，大约需要七八个月。
这个发射窗口期将飞向火星的除了中国“天问一号”，还有美国的“毅力号”火星车，阿联酋的“希望”火星探测器。原本全球四大“探火”任务，如今还有三个依然坚持——欧洲与俄罗斯合作的ExoMars火星漫游车已宣布推迟到2022年发射。
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图说：中国火星车与着陆器 来源/国家航天局
三问：怎么到火星？
我国首次火星探测任务将通过一次发射任务，实现对火星的“环绕、着陆、巡视”三个目标，开展火星全球性和综合性探测，并对火星表面重点地区精细巡视勘查。中国火星探测器分为环绕器与着陆器两部分，探测器预计在近期由长征五号遥四火箭发射升空。
火箭将探测器发射至地火转移轨道，随后在地面测控系统的支持下，通过多次轨道机动和中途修正，在近火点实施制动，进入环火椭圆轨道，运行到选定的进入窗口，探测器将进行降轨控制，释放着陆巡视器。
着陆巡视器进入火星大气后，通过气动外形、降落伞、发动机、多级减速和着陆反冲软着陆。火星车（即巡视器）和着陆平台分离后，将开展区域巡视探测和相关的一些工程实践活动。环绕器将为火星车提供中继通信链路，并开展环绕科学探测。
四问：谁送“天问一号”上天？
今年1月19日，长征五号遥四火箭的氢氧发动机完成了总装出厂前的最后一项验证：100秒校准试车——标志着这台发动机性能达到预定要求，即将转入火箭总装阶段。长征五号遥四，就是发射“天问一号”的火箭。
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