（“天问一号”探火）五大看点这份中国首次自主火星探测任务“观赏指南”请收好

新华社记者胡伟、张、、周璇

世界上第一次火星探测是“盘旋、着陆、巡逻”一步到位。最远的距离高达4亿公里。如何实现超长距离深空通信？火星探测器发射后要经过什么过程才能到达火星？23日，中国首个火星探测任务“田文一号”在中国文昌航天发射场成功发射。记者为这次火星探测梳理了一份“观察指南”。

世界第一次:一步到位实现“蜿蜒、行走、巡逻”

火星是地球附近环境最相似的行星，一直是人类走出地月系统进行深度空探索的第一目标。目前，人类已经进行了44次火星任务，其中24次是成功的。火星是目前人类认识最深的行星之一。

通过以前对火星的探索，人们发现了火星上有水的证据。火星上有生命存在的条件吗，火星是地球的过去还是未来？这些问题一直困扰着科学家，成为火星研究中的重大科学问题。

我国首个火星探测任务凭借火星环绕装置和登陆巡逻装置的超级阵容，可以一步到位地实现“环绕、登陆、巡逻”火星三大目标，这是其他国家在首次实施火星探测任务时从未实现过的。

相比月球探测，火星探测难度更大。由于火星距离地球较远，对发射、轨道、控制、通信、供电等技术领域提出了很高的要求。

中国航天科工集团第八研究院“田文一号”探测器系统副总工程师、包装器总设计师王贤忠介绍，该研究团队不仅克服了刹车捕捉、火星长期自主管理等关键技术难题，还实现了地火之间的超远距离测控通信，将通过包裹式探测实现火星的全球综合探测，完成火星表面关键区域的高精度、高分辨率详查。

一脚进门:刹车捕捉“踩刹车”

火星捕获是火星探测任务中技术风险最大、最重要的环节之一。在火星探测器从地球飞向火星的过程中，只有一次被火星引力俘获的机会。通过火箭助推，探测器获得了摆脱地球引力的能量，通过精心设计的转移轨道，探测器最终可以顺利到达火星附近。

但由于推进剂有限，轨道飞行器在到达火星后必须抓住唯一的机会刹车并捕获火星。火星探测任务捕获时，探测器与火星的距离只有400公里，而探测器相对于火星的速度高达每秒4到5公里，一不小心就会撞上火星或者飞走。捕获的成功成为火星探测任务成功的关键。

在这个制动和捕获过程中，火星环行飞行器面临许多挑战。由于探测器距离地球1.93亿公里，单向通信延时达到10.7分钟，地面无法实时监控刹车过程，只能依靠探测器自主执行捕获策略。另外，在刹车过程中，围堵装置需要在紧急情况下自主完成相应的处理，以最大限度的保证火星捕获的成功。

第一次火星探测任务发言人、国家航天局月球探测与航天工程中心副主任刘说，在捕获过程中，火星轨道器需要准确点火和刹车。如果点火时间过长，探头速度下降太多，探头会撞到火星。如果点火时间过短，探测器速度过快，就会飞离火星，无法进入轨道。这就对轨道飞行器的自主导航和控制提出了很高的要求。

4亿公里:超长距离、深度空通信

在绕火飞行期间，由于地球和火星的运行规律，探测器到地球的最远距离达到了4亿公里。为了解决超远距离通信的问题，火星探测器(Mars Encircler)配备了测量、控制和数据传输一体化系统，实现了重量轻、通信效率高、通信链路可靠的目标。

为了补偿空之间的衰减，火星探测器(Mars Encircler)配备了大功率行波管放大器和大口径可驱动定向天线，大大提高了探测器与地球之间的通信能力。

自我管理:探索火星需要一个有思维的“大脑”

通常，绕地球运行的卫星由地面控制中心根据卫星的实时状态和任务要求进行控制。然而，由于探测器与地球之间的距离很远，通信延迟很大，火星巡逻机不能完全依靠地面命令实时处理星球上的意外情况。

另外，环绕装置与地面站的通信有其空的特殊性，导致通信中断(“日照”)长达30天。这期间需要自己完成长期任务管理，在“阳光”过后及时调整天线指向，迅速与地面重新建立联系。

据悉，在此次火星探测任务的关键节点，自主管理也需要发挥巨大的作用。在将轨道飞行器与着陆巡逻分离时，轨道飞行器需要在短时间内完成三次姿态调整和两次变轨，对姿态和位置测控的精度要求非常高。只有依靠自主在轨管理系统，火星巡逻机才能准确、及时地脱离着陆巡逻。

多重负荷:为火星拍一张“中国化妆照”

火星环形探测器(Mars Encircler)搭载7个有效载荷，可对地面火转移空、火星轨道空、火星表面及其亚表面进行科学探测，获取行星际射电频谱数据、火星表面图像、火星地质结构和地形、火星表面结构和地下水冰分布、火星矿物组成和分布、火星空。

其中，中分辨率相机可以对火星的地形地貌进行全球调查，高分辨率相机可以对火星重点地区的局部高分辨率地形地貌进行详细调查，并将为来自中国的火星拍摄“定妆照”。