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火星之旅，人类蹒跚起步


2020年可以说是火星探测的一个高潮年，我们国家的“天问一号”成功发射飞向火星，并在今年成功着陆火星。那么，我们人类对火星的探测经历了怎样的历程？



火星探测的历史还是很长的，早在1960年，在人类的第一颗人造卫星发射后不到三年的时间，人类就开始了奔往火星的征程。第一个吃螃蟹的是苏联的“火星1A号”，但很可惜由于当时技术水平的限制，它最终并没有到达火星。但毋庸置疑，它开启了人类对火星探测的序幕。



人类首颗火星探测器——苏联“火星1A”（1960年10月10日）



接下来可以把从1960年开始到现在的火星探测任务，不太严格地分为三个阶段：第一个阶段是火星探测的初期，这个阶段虽然没有取得很多成果但也非常重要；第二个阶段是相对沉寂的时期；第三个阶段，又一个高潮期。



我简单介绍下这三个阶段的基本情况。



第一个阶段是1960年到1976年，这个阶段里实施了23次任务，到目前为止一半左右的火星探测任务是在这个阶段实现的。首先是1964年美国的“水手四号”发射，1965年掠飞火星，与火星擦肩而过，近距离拍摄了火星的第一张照片。这在火星探测史上是一个很重要的节点。



到了1971年，“水手九号”成功实现了火星的环绕探测，并进行了更全面的遥感探测，绘制了85%火星区域的影像。“水手九号”在火星探测史上也是很重要的一个航天器，让人类对火星有了更进一步的认识。之后1976年的“海盗号”则更加出名，是人类在火星表面着陆的第一个航天器。即在1976年，它实现了火星的环绕和着陆，更真切地看到了火星的形貌。到此为止火星探测的第一个阶段就告一段落了。




水手四号（1965年，美国）首次在距离火星表面9800公里的地方掠过，传回了世界上第一张火星表面照片

水手九号（1971年，美国）传回了7329张火星照片，绘制了火星85%的地图，分辨率为1–2千米海盗号（1976年，美国）以探寻火星表面生命为目标，完成了环绕+着陆火星探测
第一阶段为什么要告一段落？因为此阶段的火星探测主要有两个国家参加：美国和苏联。他们围绕着谁第一个到达火星、谁第一个着陆进行竞赛，这种竞赛成为了第一阶段火星探测的主要动力。但随着竞赛的第一名归属确定之后，接下来自然进入了一个没有驱动力的沉寂期。所以，1977年到1990年间基本没有火星探测的任务。仅苏联有两次对火星的“福波斯”（Phobos）探测任务，但最终也没有成功。



福波斯一号（1988年，苏联） 福波斯二号（1988年，苏联）
从1991年到现在，火星又进入一个新的发展时期，参与的国家变多，发展的驱动力也变了。不以竞赛的第一名作为主要驱动，更多的是以技术的发展和科学的发现作为火星探测的主要目标。这就回到了我们一开始讨论的“为什么要去探测火星”问题上来，回到了真正由技术和科学驱动牵引的道路上来。



在接下来30年的时间里，有了很多著名的火星航天器，如凤凰号、洞察号等；在探测形式上也有了很大的拓展，由过去的仅着陆变成了着陆并在地面开展巡视，以美国的航天器为代表。在火星探测上美国一直走在最前面，是每个探测项目的第一个完成者。



如下图所示，1996年的索杰纳号在有限的小范围内实现了区域巡航；2003年发射的机遇号、勇气号，真正意义上实现了火星表面的巡视，巡视距离超过一个马拉松比赛的距离。机遇号的设计寿命虽然只有三个月左右，但取得的成就相当不简单。此外，还有后来发射的好奇号。



索杰纳号（1996年，美国）勇气号、机遇号，好奇号
接下来就来到了2020年。火星探测发射窗口的周期是26个月左右，2020年是个难得的探测机会，也是对于火星探测非常重要的一年。这一年有三个国家的航天器同期飞往火星：阿联酋的希望号，美国的毅力号，还有我们国家的天问一号。本来计划还有欧空局的ExoMars2020，但是由于一些原因被调整到2022年，否则2020年更加热闹。





非常值得庆贺的是，这三国的航天器都很好地完成了预定的目标。阿联酋的希望号成功实现了火星的环绕，美国的毅力号实现了着陆和巡视，我们的天问一号一举同时实现了环绕、着陆和巡视三个目标，把2020年、2021年的火星探测又推向了一个高潮。



我们来回顾一下世界各国火星探测的整体历程。日本实现了掠飞，欧空局、俄罗斯、印度、阿联酋实现了环绕，到目前为止成功实现着陆和巡视的国家只有中国和美国。在深空探测领域（包括月球和火星），我们国家起步很晚，到本世纪初才开始从月球的深空探测——嫦娥系列起步，到2014年真正开始天问的技术工程研制。



因为起步较晚，如果一步一步对美国追赶则显得太慢；而且随着现在的技术积累和发展，我们有相应的条件一举实现环绕和着陆、巡视。





从1964年一直到2003年，美国从第一次掠飞到真正意义上的巡视用了39年。我们的这一步迈的还是比较大的，探测形式上达到了目前人类航天器对火星探测的最高水平。