中国首次火星探测任务即将展开，先来听听首席科学家的“剧透”

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原文作者：W.X。 Wan， C.Wang， C.L。 Li & Y.Wei

注：本文第一作者，中国火星探测计划首席科学家万卫星院士于2020年5月20日因病逝世，《自然-天文学》刊发讣闻表达哀悼。

火星给了人类一个切实的机会，去回答有关地外生命的存在、太阳系的起源和演化等关键问题，并探索适合人类居住的可能性。从20世纪60年代第一个飞掠火星的空间探测器到今天的行星轨道器和巡视器，美国、俄罗斯、欧洲、日本和印度都制定了火星探测方案，以实现人类的愿望。

中国于2016年宣布了其超越地月系统的行星探索方案。受益于中国月球探测计划的工程成果，中国国家战略将火星定为下一个行星探测目标。中国的首次火星探测任务被命名为“天问一号”，计划在一次任务中完成环绕、着陆和巡视3个目标。“天问”取自中国古代最伟大的诗人之一屈原（约公元前340-278年）的一首诗的名字。目前，“天问一号”正准备于2020年7月或8月发射，经7个月后抵达火星。

“天问一号”艺术示意图。这次任务将综合使用轨道器和着陆器/巡视器来研究这颗红色星球。

“天问一号”将在海南文昌发射场发射，由长征五号运载火箭直接发射进入地火转移轨道（Earth–Mars transfer orbit）。“天问一号”探测器重约5吨（含燃料），由一个轨道器和一个着陆器/巡视器组合体组成。轨道器将为巡视器提供中继通信链路，同时本身进行为期一个火星年的科学观测。科学观测阶段的轨道是一个极椭圆轨道（265 km × 12000 km）。着陆器/巡视器将在探测器到达约2-3个月后，在火星表面进行软着陆，候选着陆点为乌托邦平原（Utopia Planitia）。太阳能巡视器重约240公斤，质量几乎是“玉兔号”月球车的两倍，预计将运行约90个火星日。

“天问一号”的主要任务是利用轨道器对整个火星进行全面广泛的勘测，并将巡视器送到有科研价值的表面位置，进行高精度、高分辨率的详细调查。具体来说，“天问一号”的科学目标包括：（1）绘制火星形态和地质结构图；（2）调查火星表面的土壤特征和水冰分布；（3）分析火星表面的物质组成；（4）测量电离层和火星地表气候及环境特征；（5）探索火星的物理场（电磁场、引力场）和内部结构。

“天问一号”任务共有13种有效载荷。轨道器上的7台仪器包括两台相机、火星轨道次表层探测雷达、火星矿物学光谱仪、火星磁力仪、火星离子和中性粒子分析仪、火星高能粒子分析仪。巡视器上的6台仪器包括多光谱相机、地形相机、火星巡视器次表层探测雷达、火星表面成分探测器、火星磁场探测器和火星气象监测仪。

“天问一号”将在第一次尝试中就进行环绕、着陆和释放巡视器，并与轨道器协调观测。从来没有任何行星任务是以这种方式开展的。如果成功，将标志着一次重大的技术突破。从科学上讲，“天问一号”是对火星形态、地质学、矿物学、空间环境、土壤和水冰分布等进行研究的最全面的任务。

预计“天问一号”探测器将于2021年2月左右到达火星，科学观测阶段将于2021年4月开始。除“天问一号”外，美国宇航局（NASA）的火星2020“毅力号”探测器和阿联酋的“希望号”火星轨道器也将踏上火星之旅。国际行星科学界对这些激动人心的任务充满期待，它们必将把我们对火星的认识推进到一个前所未有的高度。