《建设航天强国》⑨火星探测，一趟来回要多久？

科普中国-军事科技前沿 2020-07-28

　　各位朋友大家好，欢迎收看科普中国军事微课，我是菁菁，来自中国航天科工四院四部的设计师。今天我要给大家分享的内容是：火星探测，一趟来回969天的旅行。

　　太阳系八大行星中，火星是距离太阳第四近的行星，紧邻地球。火星和地球都在绕太阳公转，地球的公转周期是365个地球日，而火星的公转周期则为687个地球日。火星大约每隔780个地球日接近地球一次，我们称其为“冲日”，因此发射火星探测器的发射窗口相隔约为26个月。也就是说，从地球出发前往火星，最多需要等待两年多的时间。今年7月至8月我们就迎来了两年一次的“火星发射窗口期”。我国的“天问一号”将背负着探测火星的使命，从文昌卫星发射中心出发，开启中国航天的火星之旅。

　　那么确定了出发的时间，路线又该如何选择呢？地球的引力范围是92.8万公里，火星的引力范围约为58万公里，这相对于火星和地球上亿公里的距离而言是非常小的。火星和地球最近的距离约为0.56亿公里，最远是4亿公里。然而，从地球前往火星、又或者从火星返回地球，都不能走最近的“直线距离”。

　　从地球飞往火星分为三个阶段：绕地球运动、绕太阳运动、绕火星运动。火星探测器利用运载火箭发射升空后，要想从地球轨道进入火星轨道，首先要从第一宇宙速度7.9公里/秒，加速到第二宇宙速度11.2公里/秒，从地球轨道进入日心轨道，也就是地-火转移轨道，之后降低速度转移到火星轨道。

　　要转移变换必然要消耗宝贵的燃料，我们选择霍曼转移节省燃料——转移轨道设计成与初始轨道和最终轨道都相切的椭圆。用这种方式前往火星，来回总共需要大约969天。其中包括出发和返回路程中的时间，总共约为519天；以及到达火星后，在火星上等待返回时机，大约需要450天。探测火星的任务是艰巨的，这其中包括方方面面的原因。首先是时间和空间的问题，当地球和火星处于最远的4亿公里时，无线电信号衰减将极其严重，同时还会带来超过20分钟的信号时延，从地面站控制高速飞行的火星探测器将变得极为复杂。再者是空间环境的问题，探测器在空间中飞行，面临高能辐射环境，银河宇宙射线和太阳质子活动，这些都会引起电子系统辐射受损，导致航天器异常和故障。而航天器在飞行过程《建设航天强国》⑨火星探测，一趟来回要多久？中一旦遭遇流星群，这个打击是毁灭性的。

　　许多航天工程师认为，探测器到达火星之后如何着陆是火星探测最大的挑战之一。火星的直径约为地球的1/2，体积约为地球的15%，质量约为地球的11%，表面的引力约为地球引力的0.4倍，火星的大气密度大约只有地球大气密度的1%。如何利用降落伞或其他办法在火星上安全着陆，是火星探测的最后一道难题。

　　目前为止，世界各国共开展了40余次火星探测任务，其中失败的次数几乎达到了一半以上。2016年1月，我国首个火星探测任务批准立项，根据相关新闻报道，中国火星探测器在2019年10月首次公开亮相，近日，“天问一号”将一次性实现“绕、落、巡”的目标——即轨道器环绕火星、着陆器登陆火星、火星车巡视表面。如果完成任务，这将是全世界首次在一次任务中完成三个目标。