美國(guó)東部時(shí)間5月5日7：05 ，美國(guó)加州范登堡空軍基地內(nèi)，搭載著“洞察”號(hào)火星探測(cè)器的宇宙神5號(hào)火箭成功升空，飛赴千萬(wàn)公里之外的火星，對(duì)它展開(kāi)為期728天的科學(xué)探測(cè)。

　　人類對(duì)這顆紅色行星的關(guān)注古已有之。在西方神話中，火星是戰(zhàn)神瑪爾斯的化身。而在我國(guó)古代，火星則因其在天空中軌跡的復(fù)雜多變而被稱為“熒惑星”。近代以來(lái)，隨著天文觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展，人們開(kāi)始通過(guò)望遠(yuǎn)鏡打量地球的這個(gè)行星近鄰，搞清了火星的一些基本性質(zhì)。然而，直到航天時(shí)代來(lái)臨后，人們才陸續(xù)通過(guò)各類航天器傳回的探測(cè)結(jié)果，對(duì)火星各方面的情況有了深入細(xì)致的了解。

　　在“洞察”號(hào)之前，已有超過(guò)40個(gè)探測(cè)器“前輩”以火星為目標(biāo)。它是太陽(yáng)系中除月球外人類探測(cè)最多的天體。美國(guó)、俄羅斯、歐洲、日本、印度等都加入了火星探測(cè)的行列，我國(guó)也正在計(jì)劃發(fā)射去往火星的探測(cè)器。

　　在太空競(jìng)賽中開(kāi)始的火星探測(cè)

　　對(duì)火星探測(cè)的第一次嘗試可以追溯到1960年。在人類第一顆人造衛(wèi)星上天僅僅3年之后，蘇聯(lián)便設(shè)計(jì)制造了“火星1A號(hào)”探測(cè)器，試圖飛掠火星進(jìn)行探測(cè)。但遺憾的是，這顆探測(cè)器發(fā)射失敗，開(kāi)啟了蘇聯(lián)和俄羅斯火星探測(cè)的悲情史。

　　從上世紀(jì)六十年代至今，蘇聯(lián)和俄羅斯總共向火星發(fā)射過(guò)十多艘探測(cè)器，竟無(wú)一成功。有的探測(cè)器在發(fā)射階段就因事故損毀，有的探測(cè)器在飛行途中與地球失聯(lián)，有的則在好不容易到達(dá)火星并成功著陸后，僅正常工作了極短時(shí)間便終止工作。

　　2011年俄羅斯發(fā)射“福布斯”號(hào)火星探測(cè)器時(shí)，我國(guó)的“螢火一號(hào)”探測(cè)器和“福布斯”探測(cè)器搭車發(fā)射，計(jì)劃二者共同飛行到火星附近后再彼此分開(kāi)，各自執(zhí)行探測(cè)任務(wù)。遺憾的是，“福布斯”探測(cè)器在地球附近的變軌過(guò)程中與地球失聯(lián)，我國(guó)的“螢火一號(hào)”也因此沒(méi)有執(zhí)行預(yù)定探測(cè)任務(wù)。

　　在上世紀(jì)六七十年代與蘇聯(lián)的太空競(jìng)賽中，美國(guó)在火星探測(cè)方面取得了不俗的成績(jī)。在“水手3號(hào)”遭遇失敗后，1965年發(fā)射的“水手4號(hào)”成功地飛掠了火星，完成了人類使用航天器對(duì)火星進(jìn)行的首次探測(cè)。所謂飛掠探測(cè)，是指探測(cè)器飛行到距離火星較近的地方進(jìn)行一段時(shí)間的探測(cè)后隨即離開(kāi)。這樣的探測(cè)對(duì)變軌技術(shù)的要求相對(duì)較低，是火星探測(cè)的“初級(jí)階段”。

　　“水手4號(hào)”傳回了22張火星表面的照片，使人們觀察到了大小不等的環(huán)形山等地貌。同時(shí)，“水手4號(hào)”發(fā)現(xiàn)火星的大氣密度較低，存在電離層，沒(méi)有較強(qiáng)的內(nèi)稟磁場(chǎng)，因此也就不存在磁層中的輻射帶。這些發(fā)現(xiàn)都與人們之前設(shè)想的情況相反。其后，“水手6號(hào)”“水手7號(hào)”又執(zhí)行了兩次飛掠探測(cè)。

　　在環(huán)繞與著陸探測(cè)中加深認(rèn)識(shí)

　　1971年5月發(fā)射的“水手9號(hào)”，則把人類對(duì)火星的探索帶入了環(huán)繞探測(cè)階段。執(zhí)行環(huán)繞探測(cè)的飛行器在脫離地球到火星的轉(zhuǎn)移軌道時(shí)，需要在火星附近減速變軌，以被火星引力捕獲。由于火星與地球的距離遙遠(yuǎn)，與地球之間的通訊延遲長(zhǎng)，準(zhǔn)確測(cè)定航天器的位置姿態(tài)困難大，因此火星附近的變軌控制也就更加復(fù)雜。

　　“水手9號(hào)”到達(dá)火星后，通過(guò)變軌進(jìn)入了距離火星表面約1300公里的軌道上。“水手9號(hào)”的探測(cè)發(fā)現(xiàn)了火星地貌的南北半球不對(duì)稱性。在南半球，存在大量古老的隕石坑，在北半球則地勢(shì)相對(duì)平坦，兩種地貌特征的交匯地帶則是不規(guī)則的陡坡和低矮的小山。“水手9號(hào)”還發(fā)現(xiàn)，火星南半球存在酷似干涸河床的地貌，暗示火星過(guò)去可能曾經(jīng)存在河流，啟發(fā)科學(xué)家們進(jìn)一步對(duì)火星上是否存在或曾經(jīng)存在水進(jìn)行探測(cè)。

　　1975年8月和9月，美國(guó)相繼發(fā)射了“海盜1號(hào)”和“海盜2號(hào)”探測(cè)器。約一年之后，兩艘探測(cè)器的著陸器相繼在火星表面成功著陸，開(kāi)啟了火星著陸探測(cè)的新階段。和后來(lái)人們熟悉的火星車有所區(qū)別的是，這兩個(gè)著陸器在著陸之后就不能移動(dòng)了，只能進(jìn)行著陸點(diǎn)當(dāng)?shù)氐奶綔y(cè)。兩臺(tái)著陸器著陸后，記錄下了兩次全球性的塵暴天氣。人們驚奇地發(fā)現(xiàn)，原來(lái)火星稀薄的大氣也能形成非常高的龍卷風(fēng)。兩艘“海盜號(hào)”飛船觀察到火星上有許多巨大的沙丘和丘陵，這些地貌可能是在風(fēng)力的作用下形成的。在對(duì)火星探測(cè)之前，人們一直幻想著火星上也許存在著建立了文明的智慧生物，不少科幻小說(shuō)都以火星人大戰(zhàn)地球人為題材展開(kāi)。而兩艘“海盜號(hào)”的分析表明，至少在采樣臂能夠到達(dá)的范圍內(nèi)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何微生物，更不用說(shuō)活蹦亂跳的火星人了。

　　尋找水與生命存在的痕跡

　　隨著美蘇太空競(jìng)賽的偃旗息鼓，在兩艘“海盜號(hào)”飛船之后，火星探測(cè)進(jìn)入了暫時(shí)的沉寂。直到上世紀(jì)90年代，美國(guó)才又重新掀起了探測(cè)火星的熱潮。

　　由于地球和火星之間的飛行必須沿著一條被稱為“霍曼轉(zhuǎn)移軌道”的路線飛行，而能夠成功到達(dá)火星又要求地球和火星的相對(duì)位置剛好合適，因此向火星發(fā)射飛行器的窗口每26個(gè)月才會(huì)出現(xiàn)一次。從1996年至今，每當(dāng)向火星發(fā)射飛行器的窗口出現(xiàn)時(shí)，美國(guó)幾乎都會(huì)向火星發(fā)射一對(duì)探測(cè)器。其中，一艘探測(cè)器在火星上著陸，對(duì)火星的各個(gè)特性進(jìn)行細(xì)致的就地探測(cè)，另一艘探測(cè)器圍繞火星飛行，使科學(xué)家們獲取對(duì)火星全球特征的認(rèn)識(shí)。此外，環(huán)繞火星飛行的探測(cè)器還是著陸探測(cè)器的“信使”，承擔(dān)著陸探測(cè)器和地區(qū)的通信中繼任務(wù)。

　　1996年，“火星探路者”號(hào)探測(cè)器攜帶的“旅居者”號(hào)火星車進(jìn)行了人類歷史上第一次在火星表面和地球系統(tǒng)以外的巡視探測(cè)。它的走行距離雖然只有100米左右，但意義卻可比肩人類在月球上留下的第一個(gè)腳印。同一窗口發(fā)射的“火星全球勘測(cè)者”號(hào)探測(cè)器以繞飛火星的方式探測(cè)，并為后來(lái)的“機(jī)遇”號(hào)和“勇氣”號(hào)火星車提供了部分?jǐn)?shù)據(jù)中繼服務(wù)。

　　通過(guò)“火星全球勘測(cè)者”號(hào)發(fā)現(xiàn)的可能由水沖刷而成的溝壑地貌及需要水環(huán)境才能形成的赤鐵礦，使科學(xué)家們更加確信火星上曾經(jīng)有水存在，并幫助科學(xué)家們確定了2003年發(fā)射的“機(jī)遇”號(hào)和“勇氣”號(hào)火星車應(yīng)該在何處著陸，才能獲得最豐富的科學(xué)產(chǎn)出。“機(jī)遇”號(hào)和“勇氣”號(hào)本來(lái)的設(shè)計(jì)壽命只有90天，然而“勇氣”號(hào)在火星上工作了六年多，“機(jī)遇”號(hào)更是至今仍在繼續(xù)工作。“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)發(fā)現(xiàn)了許多火星上曾經(jīng)存在水的證據(jù)，也讓科學(xué)家們獲取了對(duì)火星歷史上水文活動(dòng)的細(xì)致資料。這兩艘火星車工作期間，95%的數(shù)據(jù)中繼任務(wù)都由環(huán)繞火星的“火星奧德賽”號(hào)完成。

　　2012年，一個(gè)功能更全面的火星車“好奇號(hào)”在火星表面著陸，其任務(wù)由尋找水?dāng)U展為尋找有機(jī)化合物等生命曾經(jīng)存在的證據(jù)，研究火星曾經(jīng)出現(xiàn)的宜居環(huán)境。

　　“洞察”號(hào)開(kāi)啟火星探測(cè)新階段

　　隨著“洞察”號(hào)的發(fā)射，新一輪火星探測(cè)的大幕即將開(kāi)啟。“洞察”號(hào)在火星著陸后，將會(huì)把人類對(duì)火星的探測(cè)由火星外層和火星表面擴(kuò)展到火星內(nèi)部。通過(guò)搭載的地震儀和熱傳導(dǎo)儀，“洞察”號(hào)將對(duì)火星的地殼、地幔和地核及火星內(nèi)部熱量的逃逸過(guò)程做出探測(cè)，揭示不同巖態(tài)行星間的地質(zhì)活動(dòng)差異，使科學(xué)家們更好地理解行星的形成和演化過(guò)程。而即將于2020年發(fā)射的“火星2020”號(hào)火星車，其基本設(shè)計(jì)和“好奇”號(hào)火星車類似，但搭載的科學(xué)儀器功能與“好奇”號(hào)不同。“火星2020”號(hào)的科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)將進(jìn)一步豐富對(duì)火星宜居性和生命存在證據(jù)的研究。此外，“火星2020”號(hào)還會(huì)對(duì)今后載人登陸火星的任務(wù)進(jìn)行前瞻性探測(cè)。例如，它將會(huì)探測(cè)火星表面的塵埃是否會(huì)對(duì)載人登陸火星任務(wù)產(chǎn)生威脅，測(cè)試通過(guò)火星大氣中的二氧化碳產(chǎn)生氧氣供宇航員使用的技術(shù)。

　　2016年1月，我國(guó)的首次火星探測(cè)任務(wù)正式批準(zhǔn)立項(xiàng)。和嫦娥探月工程的繞、落、回三步走不同的是，我國(guó)的火星探測(cè)計(jì)劃將同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)火星的環(huán)繞探測(cè)、著落探測(cè)和巡視探測(cè)。目前，我國(guó)火星探測(cè)工程的各項(xiàng)工作正在穩(wěn)步推進(jìn)當(dāng)中，預(yù)計(jì)將于2020年發(fā)射去往火星的探測(cè)器。

　　（李會(huì)超 作者系中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心博士生）