花几分钟懂点儿啥，遇事不慌咱明白
这是太空懂点儿啥的第2篇原创

属于中国的首次火星探测任务即将于7月份正式开始，个人判断当然是胜利登陆火星啊！无数个第一次又将被开启，届时除了心中不断涌出的自豪感和增强的民族自信外，各位老铁是不是觉着自己投资的某某基、何何股这回稳了，就等着下个月“得儿意的笑了”。

说实话，这样的朋友还是很有眼光和判断力的，但是！你真的懂航天任务吗？这里面的风险有必要先了解一下？

一、就是这么设计的！

之前大家伙没少听媒体说火星任务窗口期来啦，世界各航天国火星任务陆续开始的新闻，而且好像是每隔一阵子就有这么一出，据说从地球到火星的路途非常遥远，最厉害的火箭发射出去也要10个月才能到达。这个懂懂表示没毛病，根据火星和地球之间的关系就是这么“设计”的。

地球距离太阳1.5亿公里，绕着太阳转一圈是365.25天，火星稍远一些在地球公转轨道的外面，距离太阳约2.3亿公里，公转周期是686.79天。

火星和地球公转轨道及近日点示意图

啧啧啧！你看看！刚说没两句就被我们挑出毛病来了吧！它俩距离最近的时候一眼就能看出来了，2.3减去1.5嘛！结果是0.8亿公里。两点间直线距离最近，这可是常识，以摆脱地球引力的第二宇宙速度（11.2公里/秒）计算，只用两个月多一点的时间就可以从地球到火星了。

我先服你一会儿！

这样推测其实更是犯了常识性的错误，两点间直线距离最近，这话特别对，但地球和火星这两个“点儿”可是各自在不停运动着的，如果让火箭按照发射时火星所处的位置直线飞行，那么恭喜你，下回投资可以考虑外星系了。

实际上，根据人类现有的航天技术条件，火星探测器都沿着一条被称为“霍曼转移轨道”的路径前往目的地，而这种轨道对地球和火星两者的位置关系有要求，这样的位置关系恰好约26个月重复出现一次。而按照这种轨道到达火星的探测器需要走过的路线是一条漂亮的曲线，大约路程为6亿公里，算下来是要10个月呢。

二、出征仪式很够“排面”

届时将由我国最强的长征五号遥四火箭负责运送天问一号开启探火之旅，之所以选择它，就是看中了它的运载能力，装的多，带得动，推力足。发射之后，火箭将天问一号的速度提升至11.2公里/秒，此时的天问一号就具备了离开地球引力的能力，不断远离地球的同时进而被太阳的引力所捕获，随后沿着一个巨大的椭圆轨道向着未来10个月后火星所处的位置进发，听起来不复杂对吧！

发生在太空的事儿都是说起来容易，如果换成地球上的“真人真事”就不同了，天问一号这一趟飞行之难，轨道要求精确水准之高，就如同你在巴黎的埃菲尔铁塔上怒摆麒麟臂抛出一个小球（不计大气阻力），这个小球要在飞越9800公里后，准确落入位于日本东京铁塔上的一个人的手里。

听着有点像吹牛是不！不好意思，航天的事情精确严谨的很！

航天人很“硬核”的

长征五号火箭发射后，首先带着天问一号进入距离地面约200公里的赤道圆轨道，在这里将绕着地球飞行两到三圈，一方面是等待二次点火的机会，同时也在调整火箭自身的状态。长征五号火箭的液氢液氧发动机在低温下才能达到最佳工作状态，200公里高空刚好满足这一条件，而火箭二次点火的角度要求非常精确，要恰好对着太阳公转轨道椭圆的线路，每一圈飞行过程中大概只有两秒左右的时间是满足这点的，除此外还有火箭的遥测与控制等中间环节，机会稍纵即逝，而所携带的燃料又是有限的，必须做到指令的下达绝对准确以及火箭的激发一步到位。2009年我国的萤火号火星探测器就是在这个环节出了问题，错过窗口而宣告整个任务失败的。

说了这么多，差不多只算是出征时的“仪式”阶段吧。

三、是时候展示真正的技术了

二次点火之后，天问一号就离开了火箭的帮助，正式告别了地球并在近地点太阳引力的帮助下向着火星飞去，接下来的259天时间里它将进入霍曼轨道，也就是我们前面提到的这种星际旅行常用的线路。简单来说，就是在距离太阳最近的时候出发，借助火箭推力提供的速度和太阳的引力向着目标曲线飞行，在到达目的地的时候，又恰好是距离太阳最远的位置。

霍曼转移轨道示意图

这样的好处就是节约燃料，为下一步的绕火飞行，变轨操作，减速制动等重要步骤提供条件。但是在实现的时候难度非常大，首先，天问一号在近10个月的飞行过程中不能偏离方向，太空中虽然没有大气阻力，但是太阳的照射却会产生一种光压力，不断地推着飞行器偏离既定轨道，要知道在遥远的距离上一点点偏差到最后也会被放大无数倍，所以，天问一号要自己去观察前方视野中的恒星目标物以此来确定自己的方向，并将轨道变化的情况报告给地面总部的飞控人员，他们再经过计算和模拟后作出轨道修正的指令，这样的过程途中可能要发生不少次，这还不算什么，真正的挑战是在天文一号到达火星附近之后才开始。

越是接近火星越是紧张时刻

也就是在天问一号和火星一起到达远日点的时候，他俩的飞行方向和速度都不一致，如果什么都不管，天问一号就会从火星身边飞走，越飞越远永无相遇的机会。这个时候就必须要减速制动了，燃料很重要，其次是制动的强度和时间，就像大家开车时候减速并道那一下，老司机观察妥当后毫不犹豫，转向灯亮的同时线路和速度也完美到位，如丝般顺滑。天问一号的这一脚刹车之后，必须保证航天器被火星引力所捕获，高度和速度恰好够他绕着火星飞行，快了就会飞走，慢了则可能直接坠毁。光是这点儿难度就完了么？是时候展示真正的技术了，别的国家都是用圆形轨道进入火星，中国的天问一号将采用大椭圆轨道与火星完美相会，也就是有远火点和近火点之分且距离差别很大的特殊轨道，这是为了更近更全面的探测火星，完成获取火星空间电离层和磁层数据而设计的。

这就完了么？

嘿嘿！

更厉害的是如上这些骚操作绝大多数都是依靠天问一号自己的判断来完成的，倒不是地面飞控专家偷懒，而是火星此时距离地球超过一亿公里的距离，无线电信号发出来再传回去要十多分钟，这样是没法对飞行器进行实时控制的，所以，专家们给天问一号配备了超牛的技能——人工智能AI，这在全世界对火星探测的历史上是头一遭。

四、谋事在人，成事在天

经过259天的等待和意想不到的万难情况，天问一号终于要迎来这次任务的正餐，着陆火星并展开一定时间的巡视。

听起来和嫦娥探月不是一样嘛！

严格意义上说任务形式差不多，但是魔鬼都是隐藏在细节中的，着陆火星的难度远远大于着陆月球，甚至是着陆月背。月球表面完全真空，没有大气阻力，依靠反推力发动机的准确工作顺利登陆，可以说在这方面技术我国是轻车熟路，而火星上不光有大气而且还不多不少的很麻烦，怎么说麻烦呢？！

一方面，大气的存在会使得航天器降落过程中制造了大量的热，必须考虑航天器的隔热问题，这就势必造成重量的增加，反过来说，有大气可以额外提供降落伞减速的方案，但是火星大气的密度又远远低于地球，打开的降落伞又不足以提供阻力，而前面为了隔热而增加的重量又让降落伞减速环节雪上加霜。

科研人员已经够难的了吧！偏偏着陆过程中的一切信号传输和控制都因为超远的距离而失去意义，最有经验的飞控人员，最厉害的技术大牛，当天问一号要降落火星还没降落的这一段时间里都发挥不出力量了，一句话，靠天问自己，盲降！

第一阶段，火星探测器在火星轨道上变轨、调资、制动，到达预定高度位置后轨道舱与着陆器分离；

第二阶段，着陆器进入火星大气层，依靠自身外形进行减速，与此同时，隔热系统要经受大气摩擦的考验，突破后要及时打开降落伞并抛弃已经没有用处只增加重量的隔热板；

第三阶段，当着陆器与地面越来越近的时候，高度雷达开机获取高度信息，计算机要准确的控制反推火箭点火，速度进一步降低后着陆器与降落伞分离，这个时候还需要经过复杂而精确的悬停、避障、降落，稳定后着陆过程才算完成。

任何一个环节度不能出错

是的，这一切除了要靠天问一号自己的“临场发挥”还要看火星的天气。

怎么样？朋友们，中国的这次火星任务绝对不简单吧！除了一个字“牛”之外，是不是已经想到了一些值得投资的点了呢！反正懂懂我是决定要下手了。

关于火星巡视器的事儿我们找机会再接着聊，现在，一起祝中国火星探测任务顺利成功！（已授权转载，文章来源于科学懂点儿啥 ，作者太空懂点儿啥。）