原標題：中國2020年將探測火星，起步雖晚卻有可能“彎道超車”

2019年被不少人稱為“中國航天超級2019”，而即將到來的2020年，中國航天將進一步延續“超級模式”。日前，國家航天局首次公開了我國火星探測任務。據悉，我國將在明年擇機發射火星探測器，開展火星全球性和綜合性探測。

截至2016 年12 月，人類已進行了45 次火星探測活動。美國、俄羅斯、日本、印度、歐洲空間局等國家或組織都已制訂了各自的長遠的火星探測計劃，全方位地開展對火星生命信息、環境、大氣、巖石、水及內部構造等的探測與深入研究。根據天體運行的規律，人類探測火星的窗口，也就是探測器發射的最佳時間每隔26個月才有一次機會，所以我國的首次火星探測任務計劃在2020年擇機實施。按照規劃，火星探測器發射后，大概需要經過200天左右的飛行，才能最終到達火星。

最近由上海科技教育出版社推出的《火星科學概論》獲得了第七屆中華優秀出版物獎，這本系統論述火星的權威性科學專著，為關注火星科學研究與火星探測進展的公眾普及了火星科學知識。現選摘書中部分章節，以饗讀者。

經過長期的觀測和50多年的近距離探測，人類已經對火星有了一定的了解，在火星科學研究領域取得了巨大的成就，但這還遠遠不夠。無論是火星電離層、火星大氣層、火星土壤、火星內部結構，還是火星的形成與演化過程等，都存在著許許多多的科學問題有待我們進一步探索和考證。而火星作為地球的近鄰，其表面是否存在或曾經存在生命，一直以來更是得到高度重視。探尋火星過去或現存的生命跡象，探索能否將火星改造成人類的第二個棲息地，將是未來國際火星探測的一大主流。

2020年中國火星探測工程要研究些什么？

我國火星探測起步較晚，但隨著探月工程取得重要進展，我國已具備開展火星探測的能力。適時開展火星探測，可以在空間科學、空間技術和空間應用領域加速實現從跟蹤研究向自主創新轉變，實現從航天大國向航天強國邁進。

2016年4月22日，我國首次火星探測任務正式立項，計劃在2020年通過一次發射實現火星軌道器環繞探測和火星車軟著陸巡視探測。首次火星探測的科學目標是：通過環繞探測，開展火星全球性和綜合性的探測；通過巡視探測，開展火星表面重點地區高精度、高分辨率的精細探測。

具體科學目標包括：

（1）研究火星形貌與地質構造特征。探測火星全球地形地貌特征，獲取典型地區的高精度形貌數據，開展火星地質構造成因和演化研究。

（2）研究火星表面土壤特征與水冰分布。探測火星土壤種類、風化沉積特征和全球分布，搜尋水冰信息，開展火星土壤剖面分層結構研究。

（3）研究火星表面物質組成。識別火星表面巖石類型，探查火星表面次生礦物，開展表面礦物組成分析。

（4）研究火星大氣電離層及表面氣候與環境特征。探測火星空間環境及火星表面氣溫、氣壓、風場，開展火星電離層結構和表面天氣季節性變化規律研究。

（5）研究火星物理場與內部結構。探測火星磁場特性。開展火星早期地質演化歷史及火星內部質量分布和重力場研究。

中國火星探測在10年內要解決哪些難題？

2030年前，我國火星探測的主要任務是環繞遙感探測、軟著陸巡視探測和采樣返回，實現對火星從全球普查到局部詳查再到樣品實驗室分析的科學遞進。

環繞遙感探測的科學目標著眼于對火星的全球性探測，致力于建立火星的總體、全局的科學概念；軟著陸巡視探測科學目標著眼于對火星局部地區的重點探測，主要開展火星科學試驗；采樣返回的科學目標著眼于著陸點的現場調查與分析、火星樣品的分析研究，主要開展比較行星學研究。

星空浩瀚無比，探索永無止境。火星探測等深空探測任務的逐步推進是一項長期而艱巨的工程，我們相信，通過航天人的不懈努力，中國的深空探測一定會不斷取得突破，火星也必將是21世紀人類踏上的第一顆地外行星。

NASA火星之旅為什么要“三步走”？

2004年，美國提出了“新太空計劃”，著手制造新一代宇宙飛船，主目標是在2030年前后把人類送上火星。2011年，NASA再次制訂了詳細的《2013—2022行星科學十年規劃與展望》，囊括了美國未來十年行星探測的科學目標、發展規劃及科學探測任務，把火星探測規劃為重中之重，并明確了在21世紀30年代實現載人登陸火星的發展目標。在此基礎上，2015年，美國NASA就火星探測發展政策和戰略規劃公布了《NASA的火星之旅——開拓太空探索下一步》，充分展示了美國加快火星探測步伐之決心。

2015年10月公布的《NASA的火星之旅——開拓太空探索下一步》，是一份人類登陸火星的詳細計劃。火星之旅將分三個階段推進，每個階段隨著探索的距離更遠也必將面臨更多挑戰。

NASA將通過漸進式的步伐開發和驗證各項能力，從而解決相關難題。三大階段分別是：

第一階段：依賴地球階段。依賴地球的探索將聚焦于在國際空間站（ISS）上開展研究活動，包括微重力試驗和一系列相關測試研究，為宇航員的長期駐留提供技術支撐，以支持未來深空探測長期任務。

第二階段：深空試驗場階段。本階段的任務主要是探索在距離地球幾天航程的深空環境中如何開展復雜的載人運行，提升和驗證在距地球更遠距離時（如火星上）人類生存和工作所需的各項能力。

第三階段：獨立于地球階段。此階段的活動將以上述前兩個階段為基礎，使載人活動到達火星附近（如低火星軌道或某個火星衛星），并最終到達火星表面。未來的火星任務將由NASA和合作伙伴共同開展，探索在地球以外生命延續的潛在可能。

歐洲空間局“火星生命探測計劃”為何走走停停？

2003年，歐洲空間局（ESA）提出了“曙光計劃”，確立了歐洲未來30年太陽系探測的發展戰略和路線圖，提出以機器人和載人登陸火星為主，探尋太陽系中地外生命存在跡象，揭示太陽系起源。經過細化論證，2005年ESA正式發布了《宇宙憧憬2005—2025》，描述了未來20年空間科學的發展藍圖，指出火星探測是ESA未來10—20年將要開展的重要空間科學探測活動。2015年，ESA公布最新的《空間探索戰略》，火星仍是其重點探索目標。

ESA在《空間探索戰略》中提出，火星是其三個優先探索目標之一，主要任務包括“火星生命探測計劃”（ExoMars）系列任務和火星機器人探測預備任務。其中最為突出的一點就是廣泛的國際合作。ESA特別指出，當前處于籌備期，潛在的國際合作伙伴包括美國、俄羅斯、加拿大、日本、中國等國的國家航天部門以及私營部門。

在任務路線圖方面，ESA未來火星空間探索的主要活動是通過ExoMars系列任務開展火星生命演化研究，確保歐洲在國際火星取樣返回中占有一席之地，與俄羅斯建立戰略伙伴關系，參與首次火星采樣返回任務及未來的載人登陸火星。

根據《空間探索戰略》，ExoMars系列任務邁出了ESA探索紅色星球的第一步。事實上，ExoMars在2005年就通過了ESA成員國的正式批準，此后該計劃有幾次幾乎停止。在美國放棄將ExoMars 作為優先任務后，俄羅斯聯邦航天局作為新的合作伙伴加入ExoMars任務，為ExoMars兩個項目提供關鍵部件和科學儀器，包括為運送衛星的“質子號”火箭提供到達火星所需的一切硬件。ExoMars任務的預算約為13億歐元。

俄羅斯火星探測器啥時候能發射？

俄羅斯沒有因早期（蘇聯時期）火星探測系列任務和2011年“火衛一—土壤號”火星探測任務的失敗而氣餒。2012年3月，俄羅斯聯邦航天局制訂并公布了《2030年前航天活動發展規劃》草案，其中涉及建立火星試驗站等一系列目標。2012年4月，其又制訂了《2012—2025太陽系探測總體規劃》。這兩份規劃都把火星列為首要探測目標。2016年3月，俄羅斯政府批準了《2016—2025俄羅斯十年太空計劃》。

《2016—2025俄羅斯十年太空計劃》指出，俄羅斯未來10年將把精力集中在金星近地軌道、太空輻射和太陽活動的研究。

在以對火星土壤進行檢測、采樣返回的“大衛一—土壤號”任務失敗后，2014年，俄羅斯重新提出自己的火星土壤采樣返回的Expedition M任務，更改為“火衛一表面探測和土壤采樣返回”任務，并納入2015年財政預算，共計約51億盧布。Expedition M探測器計劃于2024年使用安加拉5型（Angara 5）火箭發射。該任務將為2030年的火星采樣返回作準備。

日本為什么要以月球為中轉站奔赴火星？

2005年，日本制訂了跨越20年的航天發展路線圖，即《日本宇宙航空研究開發機構長期發展規劃——JAXA2025》，提出了未來20年空間活動的發展目標、發展方向、發展規劃與設想。該規劃指出，下一代太陽系探索的重點是實現探測器飛往火星，重點探測火星氣候。總體思路是首先建立月球基地，以月球作為中轉站奔赴火星。

1998年7月3日，日本首個火星探測器“希望號”發射升空，使得日本成為世界上第三個發射火星探測器的國家。但是“希望號”在太空中艱難飛行了5年之后，于2003年12月9日宣布失敗。日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）計劃最早于2022年發射飛向火星的衛星——火衛一和火衛二的探測器，將利用小行星探測技術，首次從火星衛星上帶回沙子、巖石等樣本加以研究。

2007年，印度空間研究組織（ISRO）正式對外發布探測火星計劃。2012年8月計劃啟動，2013年11月15日“曼加里安號”火星探測器發射升空，2014年9月成功進入火星軌道，在500km ? 80000km橢圓軌道上開展科學探測任務。印度成為亞洲首個成功進行火星探測的國家。“曼加里安號”的成功，大大激發了印度對火星探測的雄心，目前SRO已啟動了后續火星探測任務的論證工作。

作者：歐陽自遠、鄒永廖等

[責任編輯：楊凡、武云泉]

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