古罗马人称火星为“玛尔斯”，是罗马神话中的“战神”。在古代中国，取其“荧荧如火、亮度与位置变化甚大使人迷惑”之意，命名“荧惑”。从1576年开始，丹麦人第古·布拉赫就开始对火星观测并详细记录其运行数据。1605年：德国人约翰内斯·开普勒通过计算火星轨道推导出“开普勒定律”。而在古代中国，就曾有着火星“逆行”的记载。“荧惑守心”这一地球和火星角速率不同造成的“弯道超车”视觉现象，被中国古人视为大凶之兆

而随着天文学的不断发展，越来越多人将手中的望远镜指向我们太空中的这一“近邻”。1610年：意大利人伽利略·伽利雷第一次用望远镜观测火星。1636年：意大利人弗朗切斯科·丰塔纳绘制了火星第一张图，并发现了它在自转。1649年，荷兰人克里斯蒂安·惠更斯测出24.6h，并记录了南极冠的存在。1888年，意大利人乔尼凡·斯基亚帕雷利统合火星地理名称，命名系统一直延续到现在。1896年，美国人帕西瓦尔·罗威尔曾将火星上的沟槽描述成运河，并画出了详图。望远镜问世后的三百多年里，人类主要借助火星冲（日地火近似呈一条直线）这样的“自然窗口”才能更清楚地看到火星表面形貌。在每26个月一次的火星冲附近，火星可以达到离地球最近的位置，许多火星表面地图，都是天文学家们基于火星冲时期的观测绘制的。这是人类对深空的惊鸿一瞥，无数人为之着迷。人类无时无刻不想着登上这一地球的“近邻”。

世界公认的航天之父齐奥尔科夫斯基曾言道：“地球是人类的摇篮，但人类不能总生活在摇篮中。”第二次世界大战中纳粹德国的V-2火箭给盟军带来了不小的损失，可它的出现，却掀起了人类探索宇宙的高潮。V-2火箭没能挽回纳粹注定的失败，德国战败后，美苏两国对德国的火箭研究成果进行瓜分。美国通过“回形针行动”派遣人员（其中包括钱学森和其导师冯卡门）将大量纳粹科学家秘密送往美国，其中就包括V-2火箭的总设计师冯布劳恩——一位名副其实的火箭达人（领导美国宇航局实施了著名的阿波罗计划）。苏联则带走了大量V-2导弹和火箭测试装备以便回国研究，美苏两国的太空计划也就此开始。火星探测器的序幕就此拉开。

想要发射探测器近距离探测火星，依然离不开“窗口期”的限制。地火之间的相对位置时刻在变化着，但每26个月都有一个窗口期，从地球发射的探测器经霍曼转移轨道（TMI）恰好在与火星轨道相交处与火星交会，被火星的引力所捕获。这样的“窗口期”就从地火距离上的最近变成了让探测器最节省燃料的“能量上的最近”（发射窗口）。苏联在初期的太空竞赛中占得先机，无论是人类第一课人造地球卫星“斯普特尼克一号（Sputnik-1）”还是“太空第一人尤里加加林”，都让美国倍感压力。可在火星探测的方面，苏联人就没那么走运了。1960-1962年，苏联人在两个窗口期中接连发射四颗火星探测器，都因运载火箭问题未能脱离地球引力。1962年11月，苏联人终于成功发射火星一号，这是人类历史上第一个进入地火转移轨道的探测器，可惜上天并未眷顾苏联，最终火星一号在前往火星的路途中失联，迷失在茫茫宇宙之中。

而相较于苏联人的霉运，美国人就显得幸运的多。1964年美国发射第一颗火星探测器水手三号失败后，1965年水手四号火星探测器成功飞掠火星，拍下了人类第一张火星表面照片。

第三张照片中能清晰地看到环形山结构。美国随后发射的水手六七号都成功飞掠了火星表面，对火星的大气成分和地表都进行了分析。水手4、6、7号的探测结果基本打破了人类对“火星人”的幻想：相比于地球，火星大气稀薄，表面像月球那样撞击坑遍布。这里荒凉而沉寂，没有发现任何支持火星人这样的复杂智慧生命存在的证据。随后美苏两国都各自进行了几次探索任务，均以失败告终。

而在1971年的发射窗口，火星探测进入了一波新的高潮。飞掠火星看到的一点惊鸿掠影当然不能让人类满足，环绕火星展开长期探测才能将全球每个角落收入眼底。美苏两国在在短短21天里，相继发射了5颗火星环绕器。最终，NASA水手9号后发先至，率先于1971年11月14日进入环火星轨道，成为人类第一个火星环绕器。自此，人类终于可以驻留在火星附近长期观测了。

火星依旧是苏联人的噩梦，美国水手9号、苏联火星2号和火星3号抵达火星时，好巧不巧正赶上火星全球性的沙尘暴。但水手9号迅速调整了状态，坚持到了沙尘暴平息，最终获得了远优于火星2号和3号探测成果。仅就拍照这一项，水手9号就拍摄了并传回了7329张火星表面照片（相比之下火星2号和3号共传回了60张照片），覆盖了火星表面85%的区域，一举超过了之前所有火星探测器的拍摄总和。在水手9号的帮助之下，火星和两颗火卫的大部分面目，终于一一暴露在了地球人的视野之下。人们发现帕西瓦尔·罗威尔笔下的运河并不存在，它们的真面目实际是巨大的火山、深长的峡谷、复杂的渠道和熔岩的遗迹。火星最壮观的水手峡谷，就是以水手9号命名的。

火星3号传回的唯一照片

环绕火星虽能让人们近距离观看这颗美丽的红色星球，但实地考察的诱惑是每个人都无可避免的。人们很快设定了新的目标，那就是踏上火星表面，零距离“触摸”这颗星球。1971年苏联的火星2号成功进入了火星轨道，并且向火星表面释放了探测器。不过很可惜探测器最终“硬着陆”，坠毁在火星表面上，不过这也标志着人类探测器首次到达火星表面。苏联的火星3号则一扫往日苏联的霉运，不仅成功进入了环火轨道，还在火星表面软着陆成功，并发回信息。不过可惜的是，探测器在着陆后仅仅工作了14秒，传回一张几乎无法辨认的照片。在几十年后，苏联科学院才解密了当时的情况，认为火星3号所传回来的照片中并无科学研究价值。相比苏联，美国人则显得幸运的多。1976年美国成功发射了海盗1号和2号探测器并成功着陆在火星表面遥遥相对的两片土地：克律塞平原和乌托邦平原。它们真正意义上的拍下了火星表面的第一张照片。

第一张火星表面全彩照片

海盗号的成功标志着美国在太空竞赛火星赛场上的压倒性胜利，此后，美苏都陷入了长时间的沉寂。美国刚进行了阿波罗计划，耗资巨大，而苏联在航天竞赛中落于下风，两国的太空计划逐渐由竞赛走向合作，进行了著名的联盟——阿波罗测试计划。两国对火星探测此时都无太大兴趣。

在火星探测的低潮期，火星探测却也有着令人惊叹的成果。1996年底，NASA火星全球探勘者号（MGS）环绕器发射成功，次年进入环火星轨道。在长达9年的火星岁月里，这颗探测器取得了诸多令人惊叹的科学成就。它用激光高度计获取了迄今为止分辨率最高的火星全球地形数据（MOLA），至今仍是各种科学探测和研究的重要参考。它发现了数百处流水形成的冲沟，这意味着火星表面可能在不久的过去还有过液态水流动。火星全图精度的提高也为此后的火星车计划打下了坚实的基础，日后这些目标将是火星车探测的重点。1997年，火星探路者号着陆器带着人类第一辆火星车旅居者号成功登上火星表面。作为NASA第二届“发现级”项目“成员，“更快、更好、更便宜”是它们的立身之本。顺便一提，如今的NASA按照规模大小来划分其深空探测项目，共分三大梯队：

- 大型：“旗舰”级项目（Flagship Program）

- 中型：“新疆界”级项目（New Frontiers Program）

- 小型：“发现”级项目（Discovery Program）

三者归根结底，实际上简单来说就是预算的不同…

更轻、更小的火星探路者号首次使用气囊来完成降落伞之后的缓冲减速，然后类似我国的嫦娥三号/四号，在着陆成功之后释放火星车旅居者号。火星探路者号和旅居者号在火星表面远超预期的工作了三个月，累计移动距离超过100米。作为探索火星的“先头部队”，为后续NASA的火星着陆任务验证了技术、开辟了道路。

随着新世纪的到来，越来越多的国家和组织加入到了火星探测这一伟大的事业中。日本于1998年发射希望号探测器，由于探测器故障最终未能成功。2003年欧空局一战成名，将环绕器火星快车号和着陆器小猎犬2号送往火星。虽然小猎犬2号在着陆后最终失联，但火星快车号在火星表面取得了丰富的科学成功。火星快车号搭载的可见光与红外线矿物光谱仪OMEGA在火星表面多处检测出了粘土（也就是水合层状硅酸盐）等水合矿物，表明火星表面在很久以前很可能有大量液态水流过。火星快车号的测地雷达MARSIS更是首次在火星地下发现了疑似液态水湖。而NASA在这一窗口期也不甘示弱，相继发射了勇气号和机遇号两个孪生火星车。它们采取了类似祝融号的太阳能供电模式，原本的设计寿命只有90天，可原被视作灾难的火星风暴此时却帮了大忙。尽管风速很大，火星表面的大气却十分稀薄，因此风力并不具有毁灭性，它们不时帮火星车吹去了太阳能板上的灰尘，让他们能不断工作下去。机遇号设计寿命90天，实际运作5498天，移动距离45.16KM。2019年2月13日，NASA在与已经失联许久的机遇号火星车联系800次无果后，最终宣布任务结束。这一原计划任务周期九十天，最后竟工作15年的伟大任务，华丽谢幕。勇气号和机遇号的探测结果进一步证明火星曾经有过温暖湿润的环境，那时候的火星或许是适宜生命存在的。

2007年，NASA凤凰号着陆器发射升空，次年降落在火星北极一带，是目前人类最北的火星着陆任务。凤凰号和后来的洞察号着陆器采用的都是传统的反冲火箭着陆方式，而且两者在外形上也有直接的继承。作为挖土小能手，凤凰号不负众望，在其着陆的北极地区一带的土壤下挖出了高纯度水冰，结束了数千

火星上的冰

年火星是否有水的争论。

上文讲述了如此多的着陆探测器，不知大家是否已经忘了环绕器的存在呢？事实上，NASA从未放弃从轨道上对火星表面进行勘测的目标。2005年，NASA的另一个大杀器——火星勘测轨道飞行器（MRO）发射升空。它携带的高分辨率相机（HiRISE）为地球人带来了火星局部最高可达0.3米/像素的照片，甚至比许多地球卫星拍摄的地球表面照片都清楚。他也被航天迷们称为“火星轨道上的锁眼卫星”。锁眼卫星是美国NRO开发的一系列军事卫星，其对地观测分辨率远超同代其他卫星。MRO也为全球科学家们带来了前所未有分辨率的火星表面图片。火星，以一种极致清晰的面貌呈现在人类眼前，甚至让科学和艺术都模糊了边界。

美国人在火星探测上显得渐入佳境。2011年11月26日，在卡纳维纳尔角空军基地，Atlas5 541火箭托举着好奇号（火星科学实验室）火星车发射升空。相比于之前所有探测器，好奇号在技术方面有着质的飞越。它的重量是漫游者的三倍，而它携带的科学仪器比以前其他任何火星任务都要先进和精细。论火星车，则好奇号为六轮、长2.8米，且质量超过750千克。火星车的主体是一个温暖的电子箱，里面装有电子设备和电脑。安装在箱体顶部的是一个三角形的探测车设备甲板，上面安装了桅杆、摄像机和其他科学设备。好奇号在发射后并不进入火星轨道，而是直接进入火星大气，在隔热罩，降落伞的分别作用下从6km/s减速到几百米每秒，随后在反推火箭的作用下降至20米高，与地面相对速度为0。之后启动“天空起重机（sky crane）”将火星车吊至火星表面。

天空起重机操作示意图

好奇号不再使用太阳能动力，而是装备核电池，成为人类第一个核动力火星车。历经3000余太阳日，好奇号仍在正常工作，为我们传来源源不断的数据。而毅力号作为好奇号的升级版本，在其基础上增加了MOXIE（火星表面制氧演示任务）和一架小型的直升机“机智号”，于2020年7月30号在卡角升空并于2021年成功着陆于杰泽罗陨石坑。值得一提的是，此次火星探测窗口期又是一次火星探测高潮。计划有四个火星探测器同期飞往火星，其中俄欧合作Exo Mars 2020因故障推迟未能如期发射，其余三项任务美国毅力号，中国天问一号，阿联酋希望号，均成功发射。这一浩浩荡荡的火星舰队最终都取得了成功。

火星探测60年，美国是绝对的主角。但近些年由于中国航天事业的崛起，中国力量加入到了火星探测的序列中。2011年中国首颗火星探测器萤火1号搭乘俄运载火箭，不幸发射失败。当时我们尚不能独立地将火星探测器发往火星轨道。2016年，长征5号横空出世，中国的空间运载能力有了显著的提高。2020年7月23日天问一号在文昌航天发射场搭乘长征五号遥四运载火箭发射升空，任务取得圆满成功。中国也成为了人类首个一次完成“绕、落、巡”的国家。

火星探测六十年：一切过往，皆为序章。站在2023年的今天，短短60年，人类对于火星探测而来的认识，早已远超数千年来人类对火星认识的全部。但火星有过生命吗？火星现在还有生命吗？这一问题我们尚未找到答案。甚至更远的，人类何时能采集火星的样品送回地球研究？何时能在火星建立或短期或长久的火星基地？或许这一天近在咫尺，或许这一天远在天边。但60年在人类历史上的长河中只是弹指一挥间。我们至少能从中看到一丝希望。毅力号已经开始进行火星的采样返回工作，而后续天问计划也在稳步推进中，SLS，starship,长征9号的出现也为火星探测注入了新的希望。回首60年，这条路并非一帆风顺，半数火星探测器都折戟深空。或许千百年后，我们的后代回忆起这段“刀耕火种”的蛮荒探索史时，会有如看着原始人奋力划着木桶想要横渡大西洋。但这份“无知无畏”，却正如火星任务的名字们：勇气、机遇、好奇、洞察、毅力、机智那样，印证着人类这个种族向着星辰大海进发时留下的奋进和不屈的足迹。这就是我们探索火星的意义，这就是人类探索宇宙的意义！

最后再次引用这句话作结。

“地球是人类的摇篮，但人类不能总生活在摇篮中。”

————康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基

主要参考文献

【1】火星探测六十年：一切过往，皆为序章

bilibili.com/read/cv6851331 作者：行星事务所

【2】好奇号百科

sat.huijiwiki.com/wiki/

【3】nasa