中国具备探测火星的能力吗?
引言:在月球之后,中国必然会将探测的脚步深入到太阳系中更远的天体上去,而火星就是其中一个极为重要的探测目标。
2013年末,我国嫦娥三号探测器以异常完美的方式成功落月并释放出玉兔号月球车,从此,中国成为世界上第三个实现地外天体软着陆的国家,人类第130次探月之旅完美上演。
中国这次月球探测完美的表现就像点了一把火,更加激发了世界范围内很多人探月的热情,在另外一个方面,很多人也在猜测或者设想,中国是不是要去探测火星了呢?
中国的火星探测梦
中国探测火星,也不是最近才有的想法。空间物理学家、中国科学院院士刘振兴院士曾在1995年提出中国自己的“火星探测计划”。 当年,他写了一本《我国开展行星(火星)探测的必要性和可行性研究报告》,里面对美国、俄罗斯及我国的空间探测情况都进行了详细分析,其中也提了中国的一个火星探测计划,只是这个计划并没有被列入国家规划,只是“研究研究而已”。
从事前期探测研究的并不是只有刘振兴。中国探月工程高级顾问、中科院院士欧阳自远多年来关注和研究的也并不仅仅是月球,多年来,他的办公室中所放置的,除了月球仪、月球图以外,也还有多种与火星有关的仪器和图像资料。在思考和参与我国探月工程的空余,他时不时也会想着我国未来火星探测的问题。
“地外天体的探测,基础性的研究总是要提前着手,有的甚至要提前准备很多年。”欧阳自远说。
最近几年来,中国有两次与火星有关的实验活动备受关注。第一个就是中国人参与了俄罗斯的火星-500计划。该计划任务历时520天,于北京时间2010年6月3日17时开始,于北京时间2011年11月4日18时结束。实验设计时间520天,前250天模拟飞往火星、中间30天登陆火星、最后240天返回地球,这也是载人火星探索往返于“红色星球”所需要的时间,该实验中,志愿者模拟了飞往火星、环绕火星、登陆火星和返回地球等全过程。我国航天员教员王跃及俄罗斯等国家的另外5名志愿者参与了该项目的实验,这让我国获得了一些重要的火星探测实验资料。
另外一个项目就是2011年,中国甚至搭俄罗斯的顺风车发射了中国首个火星探测器“萤火一号”。当年11月9日,俄罗斯“福布斯-土壤”探测器搭载中国首颗火星探测器“萤火一号”,在位于哈萨克斯坦境内的拜科努尔发射场由俄罗斯“天顶-2SB”运载火箭发射升空。让很多人没有想到的是“福布斯-土壤”探测器刚升空不久就出现了意外:居然从俄罗斯构建的规模庞大的探测网中不见了。与此同时,搭载“福布斯-土壤”的 “萤火一号”也不知所踪。
由于本次整个发射过程完全由俄罗斯方面控制实施,对于“萤火一号”出现的险情中国火星探测实施人员几乎是无能为力。这次事故的发生,让中国也遭受了巨大的损失。也让中国航天界认识到未来中国独自进行火星探测的重要性。
中国已经有能力探测火星
根据构想,我国将利用2018年发射的火星探测器对火星地形地貌、地下水源、物质的化学成分以及是否有生命进行探测、分析。同时,它将对火星表面的气压、温度和风沙等气候情况进行监测,并将拍摄的照片和数据及时传回地面,为后续更详尽的火星探测任务做准备。
欧阳自远表示,从时间窗口上看,2018年火星运行到和地球最近的距离,是发射火星探测器的好机会,但这个日期并不是确定不变的,毕竟目前我国还没有正式立项。“火星的一个运行周期为26个月,因此每26个月会有一个最佳的时间窗口,在这个时间窗口的节点上,火星是距离地球最近的。该计划也有可能会延迟到2020年或更遥远的未来。”欧阳自远说。但是中国是否有能力独自探测火星却让很多人感到怀疑。
12月17日,在中国科协主办的“探月梦中国梦”科学家与媒体面对面活动上,探月工程总设计师吴伟仁表示,我国嫦娥一号、二号任务成功后,我们就有探火星的能力了。因为绕月探测任务的成功实施使我国掌握了深空探测的一系列关键技术。以此为基础,我国已具备自主开展到达距地球约4亿公里远的火星进行探测的前提条件。此外,火星探测的部分关键技术先期已开展研究并有一定基础,尤其是地面测控系统建设的64米大口径天线完善了我国深空测控网,为火星探测任务的实施提供了基础条件。
欧阳自远告诉记者,为了探测火星,他们早在10年以前就已经开始组织人员对火星进行专门的研究。截至目前,我国火星探测所有的科学目标都已制定,在“863”计划重大项目的支持下,我国已经首次提出了开展火星探测的技术路线。
截至目前,我国已完成了火星探测轨道设计、测控通信、自主导航、表面软着陆等关键技术的科研攻关,为我国开展自主火星探测奠定了技术基础。
探索火星还面临诸多挑战
不过由于距离地球遥远,中国探测火星依旧要面临着一系列的挑战。例如如何面对信息传递延时是我国未来探测火星必须要面对的一个挑战。北京大学地球与空间科学学院教授焦维新告诉记者,地球距离太阳的平均距离为1个AU(天文单位,指地球到太阳之间的平均距离,近似1.496亿千米),而火星距离太阳的平均距离为1.524AU。一般而言,光穿越1个AU的距离大约需要8分钟的时间,这样如果我们以太阳为坐标,地球在太阳的一侧,当火星运行到太阳的另一侧时,地球到火星的距离就有2.524 AU,通过光传输信息就会有20分钟左右的延时,此时如果从火星向地球发送信息,20分钟以后地球才会收到,而火星探测器或者宇航员从发送到收到信息反馈则需要40分钟左右的时间。
“这样的延时对飞往火星的航天器提出了更高的要求,其航天器必须要有高度自动控制与操作的能力,并且具有足够的可靠性,出现一些紧急情况能够依靠程序自动处理。”焦维新说。
另外中国航天研究院研究员庞之浩表示,对我国而言,像火星探测这样远距离的深空探测,对探测器进行跟踪监测是个很大的难题。因为目前中国还没有建立起完善的深空探测网,我们完全依靠自己的力量对火星探测器进行跟踪监测还有很大的困难。
欧阳自远表示,火星距离地球的最近距离约为5500万公里,最远距离则超过4亿公里,而月球最多也就40万公里,火星相比月球而言,离地球的距离要远得多,因此实施着陆控制的难度和风险显然也要大得多。
但是中国未来探测器探测火星是必然的,只是时间早晚的问题。欧阳自远表示,在月球之后,中国必然会将探测的脚步深入到太阳系中更远的天体上去,而火星就是其中一个极为重要的探测目标。
庞之浩告诉记者,现在我国正在建设大功率天线、火星探测地面站,以及深空测控网,另外,中国更大推力的运载火箭也在研制之中,这些工程完成以后,中国那时自主探测火星就要顺利多了。
吴伟仁也表示,我国是不是要去火星,主要还是取决于国家财力的支持和国家的决策。