5月15日7时18分,天问一号工程的“祝融号”火星车,成功于火星登陆,这意味着我们也成为世界上第二个成功在火星进行着陆探测的国家,跨出了我国航天事业新的关键一步。
历史上,世界各国对火星的探测任务主要集中在巡视探测,也就是进入火星轨道,通过成为火星的人造卫星来对火星探测。
截止去年的时候,全球共7个国家或地区向火星发射了47个探测器,成功18次,成功率不足40%。
可见对火星的探测并不是一件容易的事情,但这还只是对火星巡视探测,成功率就只有40%,就更别说着陆探测了。
在天问一号之前,只有美国成功进行了火星着陆探测。
(1)人类探测火星历史
上世纪美苏争霸的时候,探测火星也是双方竞争的一个焦点。
前苏联在1971年5月28日的时候,也曾经进行过一次火星的着陆探测“火星3号”。
那一次着陆本来是成功的,不过前苏联的运气衰了一些,“火星3号”探测器在着陆的时候就遇到了火星恐怖的沙尘暴,所以在着陆后仅仅14.5秒就失联了,也并没有传回什么有价值的信息。
所以一般没有把前苏联这次着陆视为一次成功的着陆。
1975年,美国连续发射了“海盗1号”和“海盗2号”火星探测器,并于次年7月成功着陆并传回彩色照片,这是人类首次真正成功着陆探测火星。
别看“海盗1号”和“海盗2号”连着成功着陆,就认为着陆火星是很容易的事情,这其实也有很看运气的,像前苏联运气就不咋样。
事实上,美国在90年代发射更为先进、自动化更高的火星探测器“观察者号”“气候探测者号”但都失败了,甚至在进入火星轨道之前就失联了。
最倒霉的应该是欧洲,2000年之后,欧洲也尝试过两次火星着陆探测,一次是2003年发射的“小猎犬2号”,但是在进入火星大气层后就失联了。
还有一次是ExoMars 2016,是欧洲航空局和俄罗斯航天局于2016年合作发射的火星着陆探测项目。
这一次其实欧洲很接近成功了,但最终在所有火星着陆探测器都要经历艰难的“恐怖7分钟”里,“夏帕雷利”着陆器未能顺利闯关,最终失联。
可见,对火星进行着陆探测,并不是一件容易的事情。
再来说说我们亚洲探测火星的历史。
(2)亚洲探测火星历史
亚洲最早展开探测火星历史的是日本,在1998年日本发射了“希望号”火星探测器,但由于变轨飞向火星的过程里出了点偏差,导致希望号到达火星的时候已经没有燃料减速了,最终与火星是擦肩而过,发射失败。
亚洲第二次对火星的探测尝试,是我们发起的。
2011年,我国的“萤火一号”探测器搭着俄罗斯的火箭“便车”前往探测火星。
萤火一号其实本来也不大,上图就是萤火一号搭载在“福博斯-土壤号”的示意图。
单纯从火箭性能来说,我国的火箭是足以支持探测火星任务,不过探测火星难度最大的是“深空测控”能力,在2011年的时候我们还比较缺乏深空测控能力。所以当时才选择了俄罗斯的便车。
不过俄罗斯仍然延续前苏联遗留下来的探测火星的糟糕运气,这次发射由于俄罗斯的火箭出了一些问题,最终是发射失败。
这次发射失败后,我国也开始发力建造自己的“深空测控网络”。
可能是看到我们2011年那次发射失败后,印度看到有希望实现亚洲探测火星第一的殊荣,所以印度是一改往常散漫拖拉的风格,于2012年8月宣布开始“曼加里安号”火星探测项目,并且在2013年11月5日,仅仅过了15个月,印度就发射了“曼加里安号”,并于2014年成功进入了火星轨道,成为亚洲首颗探测火星卫星。
印度当年之所以能够这么快实现火星探测,实际上有两个投机取巧的地方。
1、印度当时完全只为了抢下亚洲首次探测火星的殊荣,最大程度缩减了该探测项目的科学价值,曼加里安号1337公斤的总重量里有852公斤是燃料,科学探测的价值负荷只有15公斤,只有5台科学探测器,完全就是装模作样,有人戏称印度是发射了一个大油箱去火星。
印度之所以要弄这么多燃料,是为了提高探测成功的可能性,让探测器拥有更多次变轨补救的能力。
2、印度是完全依赖于NASA的深空测控网络来探测火星。
探测火星难度最大的是“深空测控网络”,由于火星距离地球的距离十分遥远,并且变动幅度很大。
火星距离地球最近的时候为5500万公里,最远距离则超过4亿公里。
按照最远距离算,即使是“光”也得走上22分钟。所以信号从地球发射,要被探测器接受得有22分钟的延迟,往返就要有44分钟的通讯延迟。
这就要求如果想要探测火星,得在地球不同位置设置有大型通讯地面站和测控船,才能确保全天任何时间段都能跟探测器联络上。
我们都知道印度是美国的小弟,所以当年印度发射“曼加里安号”是完全依赖于NASA的深空测控网络,并没有建立自己的深空测控网络。也因为如此,印度绕开了最大的难题,才能以这么快的速度完成火星探测发射的任务。
虽然印度是有一些投机取巧,不过最后也确实成功把火星探测器给成功入轨。
但假如说对火星的探测,进行轨道巡视还能这样投机取巧。
但是着陆探测,就完全没有投机取巧可言。
这也是为什么在这次天问一号之前,全世界只有美国成功进行了火星着陆探测。
因为NASA确实有世界上最先进规模最大的深空测控网络。
我国在2011年萤火一号发射失败后,开始发力于自己的深空测控网络建设,已经建成了喀什站、佳木斯站和阿根廷内乌肯站等地面站构成的测控网络,再加上测控船,我国已经建立起除了NASA之外规模最大的深空测控网络。
也因为我们完善了自己的深空测控网络,从2016年开始,我们才正式把自主探测火星提上了日程。
由于有了2011年失败的搭便车经历,这一次我们当然是选择自主发射,于是就有了天问一号的立项。
这大致就是亚洲乃至我们的整个火星探测历史。
今天我们天问一号的祝融号成功着陆火星,也意味着我们成为亚洲当之无愧真正实现火星着陆的国家,也是地球上第二个实现对火星着陆的国家。
让火星着陆探测,不再是美国的专属。
(2)为什么需要探测火星
太阳系内的八大行星,以小行星带为分界线,分成泾渭分明的两派。
一派是小行星带内侧的“类地行星”。
一派是小行星带外侧的“气态行星”。
如下图所示。
可以看到,离地球最近的是金星和火星,作为位置比较相近的类地行星,金星和火星从大小到结构,都跟地球比较接近。
水星因为距离太阳过近,上面的一切基本都被烤焦了,白天温度427度,晚上温度零下173度,在如此恶劣的环境下,基本是不可能有生命存在。
所以最早的时候,人类就一直对金星和火星,充满了各种遐想。毕竟目前人类在这个宇宙里还是比较孤独的,人类一直对试图发现地外生命,抱有最大程度的热情。
但从行星的参数来说,金星可以说是好地球的“姐妹星”,金星的质量是地球的82%、体积是地球的87%、重力是地球的90%。
相比之下,火星的各个参数跟地球相差就比较大,火星质量只有地球的11%、体积是地球的15%、重力只有地球的38%。
而且金星距离地球,也比火星要更近一些。
因此在人类有能力金星航天探测之前,人类一直认为金星存在生命的可能性是高于火星的。
人类上世纪50年代掌握航天探测技术后,发射的第一个其他行星探测器,就是1962年美国的水手2号,它的目标就是金星。
但是,人类探测金星的热情很快就消退了,因为不看不知道,一看吓一跳。
看似美丽的金星,实际的环境却极其恶劣。
历史上一共有10个探测器在金星着陆,全部来自前苏联,可见苏联会输给美国,确实是国运不行。
1、更有潜力的火星,前苏联一次都没有成功探测。
2、前苏联押宝的金星,却是一个错误的方向。
前苏联在进行着陆的探测器,工作时间最长的只有127分钟,最短的只有23分钟。
之所以工作时间这么短,主要就是因为环境实在太恶劣了。
金星有一层极其浓密的大气层,它的压强是地球的92倍,如果一个人待在金星,相当于背着50吨重的物体,压都压死了。
而且进行如此浓密的大气层,96%都是二氧化碳,这使得金星的温室效应极强,金星的平均表面温度高达460摄氏度,甚至还超过了水星的向阳面。
金星如此糟糕的环境,基本是不可能存在生命。
所以人类在短暂地进行探测之旅后,基本把寻找地外生命痕迹的希望,转向了火星。
火星也有大气层,但跟金星相反,火星的大气层十分的稀薄,密度只有地球的1%。
火星大气层虽然薄,但总比金星的大气层厚,要更容易生存一些。
并且,科学研究显示,火星历史上也曾经有过相对还比较厚的大气层,但由于火星的质量实在太小,不足以把浓密的大气层给留住,最终在漫长的岁月洗刷下,火星的大气层大部分都逃逸了,只留下现在这薄薄的一层。
而且,火星是明确存在大量的固态水,并且人类多次的火星探测研究已经表明,火星历史上是曾经存在过有大规模水资源的迹象,这使得火星表面有很多河道冲刷的痕迹。
因此研究火星,有极大的科学研究价值,会让我们对生命的起源,包括行星生态的变迁演化,都有极大的认知帮助。
并且,当前火星的南北极仍然有大量冰和干冰混合的冰盖,这使得火星存在生命,至少历史上曾经存在生命的可能性,是相当大的。
因此在人类当前的能力探测范围之内,火星可以说是人类探测地外生命的唯一希望,并且也是最有可能成为人类未来进行行星生态改造,甚至进行星际移民的最理想目标之一。
这也是为什么,我们需要探索火星。
虽然以人类当前的科学水平来说,要实现对火星的星际移民还是遥遥无期的事情,对火星进行行星生态改造更是仍然还比较科幻的事情。
但千里之行始于足下,我们每一个伟大征程,都是起始于那艰难的每一步开始。
天问一号作为我国第一个地外行星着陆探测器,其意义我认为并不亚于探月工程。
虽然美国在上世纪70年代就已经实现了对火星的着陆探测,但这不代表当时的美国技术水平,就已经超过我们现在。
之所以会出现这种现象,其实只说明一点。
那就是我们人类的科学水平,在上世纪70年代之后,实际上已经停滞了半个世纪了。
虽然在进入21世纪后,我们在挖掘计算机技术的潜能,爆发了互联网科技革命,实现人类生活方式的天翻地覆改变。
但这更多只是在人类日常生活的“改善型”变化,而不是在能源利用、工业生产力上的革命性科技突破。
事实上,在能源利用,航天科技的根本性领域,人类的前沿理论物理领域一直处于长期停滞状态。
这种科学停滞的现实,也让人类的科技发展,从纵向式突飞猛进,不得不变成横向式突破发展。
并且在横向式突破发展也达到瓶颈的时候,人类就不得不面临一个残酷的现实,那就是被困在小小的地球上,被全面的“内卷化”。
其实现在,我们人类已经在科技大爆炸之后,隐约有这种开始全面内卷化的态势,这可以体现在当前全球经济的方方面面隐患。
为了不让我们的未来,为了不让我们的子孙后代被困在小小的地球上,陷入无休止的内卷化争斗。
所以人类是一定要踏出地球这个我们的人类的摇篮,只要那样我们人类才有可能长大成人。
只有实现星际移民,我们人类才有未来可言。
我从小最喜欢看的就是天文物理丛书,也是一名天文物理爱好者。
所以,我一直坚持把我每一篇文章的封面,都用精美的宇宙星空图。
这也是代表着我自己对宇宙星空的一些美好向往。
在我小时候,看着那些上世纪70年代的书籍,里面很多都在描绘畅享,2020年的时候人类已经可以移民火星。
但很遗憾,现在2021年了,人类仍然还是没能移民火星。
不过这种科学大停滞的状况,也给了我们这样后来居上的国家一些机会。
在美国这个头号强国在科学前沿领域遇到瓶颈停滞,仍然驻足不前的情况下,我们才有机会赶上美国,并最后超过美国。
从这个角度看,我们一定要坚持持续发展我国航天事业的脚步。
因为我们的征途是星辰大海。
小小的地球是困不住我们的。
希望有生之年,我们能去火星看一看。
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