觀點投書：天問一號將在火星環軌上歡度牛年春節

天問一號的現況與其次一動作

天問一號（取名源自戰國時期愛國詩人屈原的長詩《天問》，全詩通篇充滿追問天地離分、陰陽變化、日月星辰等自然現象，呈現詩人的奇思妙想、思理活躍和多重思考，以及勇於創新的宇天精神古今映輝）火星探測器於2020年7月4日在海南文昌由長征五號發射升空，已運行超過半年，飛航里程逾4億公里，期間已進行3次軌道中途修正，和1次深空機動，只剩最後1000萬公里，將於2021年2月10日進入火星環軌引力捕獲的關鍵時間節點，當天是農曆臘月29日，隔天便是除夕，正是新春對中國人最大的賀禮。其時序如下：首先進行最後一次軌道修正，緊接著將是第1次近火（接近火星）制動，也就是剎車減速，探測器被火星引力捕獲延時不及11分鐘，將使其成為火星的環繞衛星，由於地火（地球與火星）通信的延時愈來愈長，同時需要探測器的軌控發動機準時點火，且點火的時間較長為15分鐘，故對動力系統的在軌自主管理與性能發揮要求甚嚴，因為發動機開機指令作為程控已經固化在程序中了，全依靠探測器自行判斷且自動執行開機。

完成第1次近火制動後，天問一號將進入捕獲軌道，在捕獲軌道進行遠火面機動改變軌道傾角，最終天問一號探測器組合體將在環火軌道運行一段時間，期間將啟動高分相機，對火面重點區域進行高清成像，並進一步遴選著陸區，為進入器實施火星著陸行動做準備，從環火軌道出發進行火星登陸，可以降低減速的困難度，同時著陸區遴選的海拔也比較低，可進一步延長滯空的時間，為各時序減速動作預留足夠的反應時間，由此可知天問一號看似一步登天，其實是穩紮的工程實力和科學研究的規劃，不能有一絲一毫的衝動與急促。

探測器從地球出發後，是以一個「弧線」的軌道追逐火星，在追逐的過程中，地火兩行星都圍繞著太陽公轉，因此探測器飛行的里程，一定比它與地球的距離遠很多，故地火間的距離呈周期性變化，從最遠4.01億公里至最近5600萬公里，約每隔2年兩球才處於登陸火星的最佳位置，因為可使用最少的火箭燃料，如果太空艙沒有受到太陽閃焰或其他物質破壞而抵達火星，但火星著陸是一項非常刁難的過程，太空艙會以每小時數萬公里的速度移動，故必須以特定的角度進入火星大氣層，角度過大會使太空艙自焚；太小則會被彈走，其大氣層較地球的稀薄100倍，太空艙必須靠其他方法降低速度，例如氣壓囊或反推進火箭剎車，才可能安全著陸，若錯過了平坦的著陸地點，則可能落在峭壁、撞擊坑、洞穴或崎嶇的岩石上，而使裝備或器材損壞甚至毀滅。 （相關報導： 再度推翻前朝政策！拜登廢除川普時代禁令 跨性別者未來可從軍 ｜ 更多文章 ）

天問一號的裝備和任務

探測器的重量達5噸，其中包括3.1噸的軌道環繞器、1.6噸的火星著陸器以及240公斤的火星巡視車，若成功將是人類向火星發射的重量最大、最複雜的探測器，美國曾在2011年發射火星科學實驗室飛船，總重量3.8噸，但其任務只負責降落和巡視2個目標，其中為了著陸899公斤的美國好奇號火星車，3.8噸的飛船就包含了2.4噸的著陸系統；其次是2016年歐盟空局和俄羅斯航天局合作的火星微量氣體任務衛星，總重量3.7噸，這顆衛星也只想完成飛-繞-落3個階段，因此搭載了1架著陸器，不具巡遊的功能，但登陸器與火星高速碰撞，以失敗告終。這次天問一號火星探測器重達5噸，必須滿足火星巡視車著陸裝置，其中重量3.1噸的軌道環繞器除了攜帶大量燃料承擔接近火星制動外，還能搭載眾多的探測器材，包含了2米分辨率高清攝相機、中子分辨率相機、火星磁力器、火星礦物光譜儀、次表層探測穿地雷達、火星離子／中子分析儀、能量粒子分析儀等，其功能如繪製火星全球遙感影像圖、對火星地質構造和地形地貌展開全局和重點區域精緻觀測、對火星水／冰分布進行普查與詳查、分析火星礦物組成與分布…，若能成功，則意味從一個窗口人類能夠探測的信息更加豐富，及中國深空探測設計的水平達世界一流。

因受限於地火遙遠距離的延時通信障礙，天問一號在軌自主管控顯然比嫦娥五號更強大，火星與月球也是完全不同的星球環境，火星有大氣且逃逸速度更大，而月球近乎無大氣且逃逸速度小，這顯示2者必須使用不同的著陸手段，天問一號進入器類似嫦娥五號再入地球的返回器，若要製造適應火星大氣環境的進入器， 需要盡可能複製火星的大氣條件，為此航天科技十一院歷經數十年打造的各型高音速風洞群發揮關鍵功能，另外歐盟空局受惠於嫦娥探月工程的投桃報李，將其掌握的火星探測數據共享給了中國，也有巨大助力。

天問一號要一次達成繞-落-巡的3部曲世界創舉，配置了軌道器、進入艙、著陸架、巡視車多個艙段結構，成為史上最重、最複雜的探火裝置，其巡視車重240公斤，超過美國勇氣號和機遇號的174公斤，其最大速度200米／小時、導航速度40米／小時、爬坡角度30度、越障高度30公分，均與美國好奇號、毅力號相匹敵，僅爬坡度稍遜，但天問一號巡視車的機動力更強，因為創新開發了蠕動與蟹行功能，遇到大障礙時可提高車身底盤，不僅能直走還能橫行，超過美國好奇號、毅力號、勇氣號和機遇號的能耐，由於這種強大巡視力，天問一號巡視車攜帶了導航地形相機、多光譜相機、次表層探測雷達、表面成分探測儀、氣象測量儀，可以與火星上空運行的軌道器進行天地聯合探測，能夠實現對火星大氣、電離層、磁場等的全面探測，火星巡視車設計壽命92天，按照現在的時程計算，2021年2月10日抵達火星環軌進行繞火探測，5月中旬著陸火星進行巡視探測，到2012年8月底，正常火星探測任務結束後，就交給長期管理，可能會根據工程總體的要求，進行擴展探測任務。 （相關報導： 再度推翻前朝政策！拜登廢除川普時代禁令 跨性別者未來可從軍 ｜ 更多文章 ）

美、中的星空競爭

1965年7月14日至15日，美國水手四號第1次成功飛越火星，1971年11月4日水手九號進入火星軌道，成為人類第1個環繞另一顆行星運行的太空探測，由於美國已領先，前蘇聯不甘落後也在1970年底發射火星二號和三號及各別著陸器，並預計分別於1971年11月27日及1971年12月2日著陸火星，但二號在下降過程中失敗，三號在第1次軟著陸後約20秒亦告失敗，也算是另一個實現火星軟著陸的國家。1975年NASA發射的維京計畫比蘇聯要成功的多，該計畫包括了2個環繞軌道器組合，分別攜帶維京1和維京2兩個著陸器，在1976年均成功軟著陸火星，其1號維持了6年壽命，2號較短也有3年，它們上面裝有一系列拍攝及採樣儀器，但沒有巡視車，著陸器拍攝的彩色全景圖由環繞軌道器傳回地球。1999年入軌火星的美國火星全球探勘者號，就通過環繞火星飛行，實現拍攝火星表面高分辨率照片的任務，同年美國還發射了火星極地著陸者號，試圖登陸火星南極，由於程序發生錯誤而墜毀於火星表面。1997年7月14日美國發射的火星探路號飛船攜帶旅居者號火星車，成功在火星克里斯平原阿瑞斯谷著陸，隨後旅居者號火星車成功展開，在火星上行駛了100多米，這是人類第1次在火星上巡視探測。最成功的是2003年發射的火星探測漫遊者一B號飛船，載運的機遇號火星漫遊車，有效的超過原來設計90日工作時間，在火星上行駛了45.16公里，創造了人類探測裝置在外行星表面行駛的紀錄，直到2018年6月才失去了和機遇號的聯繫。

中國天問一號所希望實現的目標是，在一次發射任務中、同一飛船能夠完成繞-落-巡3個階段，若成功，這將是世界首次的3合1壯舉，2021年探測火星著陸的國家還不少，阿聯酋的「希望號」火星探測器預計在2月9日抵達火星環軌，美國的 「毅力號」則預計在2月18日抵達火星環軌，是否意味著火星競爭已然開打？雖然許多國家都飛到火星的表面上空，但最終著陸卻宣布失敗了，就是因為火星的著陸關鍵非常重要，天問一號的後繼挑戰還很大，當年美國的火星探測是一步一步走出來的，中國月球探測的飛-繞-著-巡-返，也是從嫦娥一號到五號逐步推進的，有了這個基礎，天問一號單次挑戰美國的3個階段，是企圖彎道超車嗎？全球還沒有一個國家採取火壤返回，美國要到2021年底才會確定NASA與ESA共同設計，在火星取樣返回；中國的未來計畫絡續是小行星探測、木星探測、火星採壤返回及月球建設基地。

探測火星的真正目的何在？

人類在地球上已搞得天翻地覆，地球的天然資源還能供爆發的70億人口消耗多久？二氧化碳等氣體造成的溫室效應何時將融解極地與冰山？全球1.5%人口已染患新冠肺炎（武漢肺炎）及其變種還要施虐、漫延至何時？美、俄、中、印、朝、伊的核子彈會冒失地併發嗎？火星是太陽系條件最接近地球的行星之一，直徑為地球的一半，自轉周期與地球相當，大氣層中二氧化碳居95％，氧氣僅有0.13％，但據說發現充足的水分可供人類移居，地球未來可能無法可救，有錢人、發達人、聰明人、達官貴人為維持其後裔延續，逃之夭夭，一走了之？難怪馬斯克（Elon Musk）的火星移民計畫已在2020年底公開表示，人類要離開地球並移居火星，以保證人類的生存延續，按照SpaceX公司的目標，未來要建造1000艘星際飛船，載運10萬人前往火星。阿聯酋有石油當然自認是有錢人，美國優先當然自認是發達人，中國有5000年文化當然自認是聰明人，川普、習大、英皇等更當然自認是達官貴人。美、中的「糾纏」尤其落在修昔底徳的陷阱中，爭亂不休，人類只有恢復《天問》那種對自然、天地與科學的求知及追尋，才能解救自己和地球。    （相關報導： 再度推翻前朝政策！拜登廢除川普時代禁令 跨性別者未來可從軍 ｜ 更多文章 ）

＊作者為工程專業經理人。