“探火”一年間 天問一號(hào)有何收獲？

2021年5月15日，中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)天問一號(hào)探測(cè)器在火星成功著陸，首次在火星留下中國(guó)印記。一年多的時(shí)間里，從發(fā)射、環(huán)繞到著陸、巡視，天問一號(hào)的一舉一動(dòng)備受世界關(guān)注。

截至目前，祝融號(hào)火星車已在火星北部低地的烏托邦平原區(qū)域行駛1年多的時(shí)間，累計(jì)行駛近2000米，獲得大量寶貴的科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)。“探火”一年，天問一號(hào)有何收獲？在不遠(yuǎn)的將來，中國(guó)深空探測(cè)將走到多遠(yuǎn)？

祝融號(hào)火星車：

連續(xù)“服役” 暫時(shí)“冬眠”

中國(guó)國(guó)家航天局日前發(fā)布的信息顯示，天問一號(hào)著陸火星一年來，祝融號(hào)火星車已在火星表面工作356個(gè)火星日，行駛總里程1921米。環(huán)繞器自發(fā)射以來已飛行661天，進(jìn)入環(huán)火軌道后，持續(xù)開展遙感探測(cè)。目前，兩器狀態(tài)良好，累計(jì)獲取并傳回原始科學(xué)數(shù)據(jù)約940GB。

在中國(guó)航天發(fā)展史上，天問一號(hào)任務(wù)實(shí)現(xiàn)了6個(gè)“首次”：首次實(shí)現(xiàn)地火轉(zhuǎn)移軌道探測(cè)器發(fā)射；首次實(shí)現(xiàn)行星際飛行；首次實(shí)現(xiàn)地外行星軟著陸；首次實(shí)現(xiàn)地外行星表面巡視探測(cè)；首次實(shí)現(xiàn)4億公里距離的測(cè)控通信；首次獲取第一手火星科學(xué)數(shù)據(jù)。

踏上火星大地后，祝融號(hào)火星車經(jīng)歷了多重考驗(yàn)。在完成了90個(gè)火星日的巡視探測(cè)任務(wù)后，祝融號(hào)火星車度過了日凌階段——太陽運(yùn)行至地球和火星中間，受太陽電磁輻射干擾，器地通信不穩(wěn)定。按照既定預(yù)案，火星車在日凌期間暫停科學(xué)工作。日凌結(jié)束后，“超期服役”的祝融號(hào)火星車?yán)^續(xù)開展拓展性巡視探測(cè)任務(wù)，獲取巡視區(qū)域地形地貌影像、行駛路徑磁場(chǎng)信息和地下剖面結(jié)構(gòu)信息，巖石、沙丘等典型地物的成分信息以及溫度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速氣象信息等第一手科學(xué)數(shù)據(jù)，探尋火星起源與演化之謎的線索。

進(jìn)入2022年，天問一號(hào)接連傳回“問候”和喜訊，留下了許多難忘的時(shí)刻——農(nóng)歷虎年春節(jié)前夕，天問一號(hào)從火星軌道傳回一組“自拍”視頻拜年；北京冬奧會(huì)開幕當(dāng)天，天問一號(hào)探測(cè)器與五星紅旗和冬奧會(huì)、冬殘奧會(huì)會(huì)徽同框……一系列“美拍”和科學(xué)影像的發(fā)布，讓公眾對(duì)神秘的火星有了更多了解和認(rèn)知。

據(jù)專家介紹，目前祝融號(hào)火星車的巡視區(qū)已進(jìn)入冬季，白天最高氣溫降至零下20攝氏度以下，夜間最低氣溫更是降至零下100攝氏度，到7月中旬火星冬至前后，氣溫還會(huì)進(jìn)一步下降。與此同時(shí)，天問一號(hào)任務(wù)團(tuán)隊(duì)通過環(huán)繞器獲取的中分辨率圖像判斷分析，祝融號(hào)所處區(qū)域正在經(jīng)歷強(qiáng)烈的沙塵天氣。

為應(yīng)對(duì)沙塵天氣導(dǎo)致的太陽翼發(fā)電能力降低及冬季極低的環(huán)境溫度，按照設(shè)計(jì)方案和飛控策略，祝融號(hào)火星車已于5月18日轉(zhuǎn)入休眠模式。預(yù)計(jì)今年12月前后，巡視區(qū)將進(jìn)入初春季節(jié)，環(huán)境條件好轉(zhuǎn)后，祝融號(hào)將恢復(fù)正常工作。在此期間，環(huán)繞器將繼續(xù)開展遙感探測(cè)，并為火星車提供中繼通信支持。

探測(cè)成果：

發(fā)現(xiàn)近期水活動(dòng)跡象

天問一號(hào)著陸火星和祝融號(hào)行駛火星一年多來，中國(guó)國(guó)家航天局已發(fā)布了十批天問一號(hào)科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)。科學(xué)家通過對(duì)探測(cè)數(shù)據(jù)的研究，陸續(xù)發(fā)布了新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和科研成果。

近日，中國(guó)科學(xué)院公布了一項(xiàng)研究成果——中科院國(guó)家空間科學(xué)中心劉洋團(tuán)隊(duì)在地質(zhì)年代較為年輕的火星著陸區(qū)，發(fā)現(xiàn)了一種巖化的板狀硬殼層，其富含含水硫酸鹽等礦物，形成過程可能與地下水波動(dòng)有關(guān)。

火星是如何從一個(gè)“海洋星球”演變?yōu)?ldquo;沙漠行星”的？火星的水環(huán)境演化過程是火星研究的重要內(nèi)容之一。據(jù)劉洋介紹，祝融號(hào)火星車著陸區(qū)位于年輕的亞馬遜紀(jì)地層上——30億年前至今的亞馬遜紀(jì)是火星地質(zhì)年代幾個(gè)主要階段的末期。已有的研究認(rèn)為，火星在亞馬遜紀(jì)時(shí)期氣候寒冷干燥，液態(tài)水活動(dòng)的范圍和程度極其有限。

利用祝融號(hào)火星車的探測(cè)數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了巖化的板狀硬殼層，其中富含含水硫酸鹽等礦物。據(jù)推斷，這些硬殼層可能是由地下水涌溢或者毛細(xì)作用蒸發(fā)結(jié)晶出的鹽類礦物，膠結(jié)了火星土壤后經(jīng)巖化作用形成。

劉洋說，這一發(fā)現(xiàn)意味著火星在亞馬遜紀(jì)時(shí)期的水活動(dòng)可能比以前認(rèn)為的更加活躍，祝融號(hào)著陸區(qū)以及火星北部平原的廣泛區(qū)域可能含有大量以含水礦物形式存在的可利用水，可供未來載人火星探測(cè)的原位資源利用。這一發(fā)現(xiàn)，對(duì)理解火星的氣候環(huán)境演化歷史具有重要意義。

行星探測(cè)：

未來進(jìn)行小行星探測(cè)及采樣

根據(jù)《2021中國(guó)的航天》白皮書顯示，未來5年，中國(guó)將繼續(xù)實(shí)施行星探測(cè)工程，發(fā)射小行星探測(cè)器、完成近地小行星采樣，完成火星采樣返回等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

根據(jù)規(guī)劃，中國(guó)還將陸續(xù)實(shí)施天問二號(hào)、天問三號(hào)、天問四號(hào)等任務(wù)。中國(guó)航天科技集團(tuán)五院介紹，目前天問二號(hào)探測(cè)器已轉(zhuǎn)入初樣研制階段，任務(wù)正在加快推進(jìn)。

中國(guó)工程院院士、中國(guó)探月工程總設(shè)計(jì)師吳偉仁說，中國(guó)的深空探測(cè)會(huì)長(zhǎng)期持續(xù)，“能走多快走多快，能走多遠(yuǎn)走多遠(yuǎn)”。后續(xù)的主要任務(wù)是對(duì)深遠(yuǎn)空間的小行星進(jìn)行探測(cè)，希望能對(duì)小行星進(jìn)行采樣，成為擁有小行星樣品的國(guó)家。

中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)總設(shè)計(jì)師張榮橋說，小行星探測(cè)任務(wù)除了科學(xué)研究的意義之外，也將通過技術(shù)的遞進(jìn)式發(fā)展，為后續(xù)火星取樣返回驗(yàn)證相關(guān)技術(shù)。

火星取樣返回可謂火星探測(cè)“皇冠上的明珠”，目前還沒有國(guó)家做得到。張榮橋說，與月球采樣返回相比，火星取樣返回存在諸多難點(diǎn)——火星的“個(gè)頭”比月球大得多，從火星上起飛返回需要更大的逃逸速度，這就要求火箭有更強(qiáng)的動(dòng)力；火星表面存在大氣，從火星表面起飛需要一整套適應(yīng)火星大氣環(huán)境的飛行產(chǎn)品及其控制系統(tǒng)；再加上往返火星路途遙遠(yuǎn)，火星環(huán)境惡劣，都增加了取樣返回的難度。

吳偉仁說，未來中國(guó)還準(zhǔn)備進(jìn)行太陽系其他行星的穿越探測(cè)，如對(duì)金星和威脅地球的近地小行星進(jìn)行探測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)其預(yù)警、防御、處置等。

中國(guó)行星探測(cè)工程是開放的，中國(guó)始終致力于在深空探測(cè)領(lǐng)域推進(jìn)國(guó)際合作。在天問一號(hào)任務(wù)實(shí)施過程中，中國(guó)與有關(guān)國(guó)家和國(guó)際組織在測(cè)控支持、載荷研制、科學(xué)研究等方面開展了卓有成效的合作。

其中，中國(guó)與歐空局開展了工程技術(shù)合作，祝融號(hào)火星車與歐空局“火星快車”軌道器在軌中繼通信試驗(yàn)取得成功；與奧地利、法國(guó)開展了科學(xué)載荷合作；設(shè)在阿根廷的深空站是中國(guó)首個(gè)海外深空測(cè)控站，為天問一號(hào)提供了測(cè)控支持；中國(guó)還與美國(guó)建立了火星探測(cè)器軌道數(shù)據(jù)交換機(jī)制，啟動(dòng)了小行星探測(cè)任務(wù)國(guó)際載荷搭載合作等。