“天问一号” 由轨道器、着陆器、巡视器三个部分组成，总质量约5吨。

本次探测任务将一次性完成 “绕、落、巡” 三大任务，这也标志着我国行星探测的大幕正式拉开。

为什么要去火星：通向“建立人类第二家园”这个激动人心的未来的第一步

为什么很多学者认为火星人类太空移民的首选地。原因如下：

它与地球相对距离比较近；

它处于太阳系的“宜居带”中；

火星曾经具备非常宜居的行星环境；

它是太阳系内跟地球环境最相似的行星；

火星拥有支持生命所需的所有资源。

移居火星的愿望怎么实现？

需要人类能大规模登陆火星；

往返于地球与火星之间的必要物资运输；

学会如何有效的利用太阳能；

将火星本地的物质转化为可以利用的资源；

在火星建立适合居住的城市。

“未来人类需要有能力通过开发、改造与利用火星资源，形成新科技文明，让人类实现在另一个星球的繁衍，成为多星球、跨星际的物种。”

“将火星改造成一个更适合居住的星球——人类的第二家园。”

“火星冲日”：每26个月才会出现一次的天文现象。

地球和火星处于在最近点的时间间隔为780天，就是约26个月

这一现象对于火星探测的意义：

在太阳系这个“操场”上，八大行星在各自的跑道上逆时针绕着太阳跑。

地球在第三跑道，火星在第四道，即便跟火星挨着跑道距离“不算远”，也是到月球距离的140倍到1000倍。

地球的公转周期是365天，火星的公转周期是687天（也就是说火星上一年相当于地球上两年的时间），二者会合周期是779.9天。由于行星公转的非均匀性，可以说地球和火星处于在最近点的时间间隔为780天，就是约26个月，也就意味着一旦错过发射窗口就需要再等两年。

2020年是两年一次的火星年，而今年的7月中旬~8月中旬则是最佳的 “火星探测窗口月” 。

今年10月14日将迎来 “火星冲日” 的天文学现象，也就是说到时火星、地球和太阳所处的轨道位置将能大致形成一条直线，火星和地球的距离也将相对最近（今年的距离大约是6700万公里）。

当然，如果等到“火星冲日”之时再从地球发射探测器，等你几个月飞过去，火星早已不在原地等你了。

所以考虑到我们与火星的距离以及地球和火星的公转速度，最佳的发射时间是“火星冲日”之前两个月左右，此时火星恰好处于地球前方约44°的相对位置。

因此，每隔26个月才会出现一个发射机遇期，每次时长约在一个月左右，这就是火星探测器的“发射窗口”。

阿联酋“希望号”火星探测器前几天刚刚升空，顺利的话NASA的“毅力号”也将紧随我国“天问一号”之后在七月底前后发射。

从轨道设计的角度，为了提高效率、节省燃料，火星探测器升空后将会进入所谓的“霍曼转移轨道”，这是一种相对简单、经济稳妥的经典地火轨道转移方式。

这样火星探测器在途中只需要两次引擎推进（但是每次还是要消耗不少燃料）就可以从地球轨道进入火星轨道，缩减燃料携带量。

即便如此，天问一号一大半的发射质量都会被变轨需要的燃料质量所占据，当然还包括减速制动进入火星轨道的燃料消耗。

探测火星为什么那么难：距离遥远，燃料有限，火星环境不可控。

1964年“水手4号”火星探测器发射。

1965年回传第一张火星表面照片。

50多年时间里，人类已对火星开展了大约50次探测，成功率也就一半左右。

探测火星的难度主要存在于在地球与火星之间距离遥远，以及对火星环境的不可控性上。

相比地月距离，地球与火星的距离最远时约为4亿千米，最近时也有约5600万千米。

火星探测器需要飞行200多天才能到达遥远的火星。

距离遥远，然而携带燃料有限。并且要精准地进入火星轨道。

火星探测有四种方式：飞略（未被火星捕获）、火星环绕、着陆和巡视探测，即“绕”、“落”、“巡”

探测器从火星轨道飞掠（也就是不被火星引力俘获），抓拍照片（早期的火星探测连抓拍都没能实现，第一次还是1965年前苏联的水手四号实现了模糊抓拍）。

在火星轨道上绕飞，进行较远距离的遥感探测的环绕器。

探测器实际降落到火星表面，开展火表就位探测和实验（着陆器）。

能在火星上具备移动能力的巡视器（火星车）。

2016年1月批准立项的“天问一号”是我国首次自主执行火星探测任务，计划一步实现火星环绕、着陆和巡视探测（一次性实现“绕”、“落”、“巡”三大任务），获取丰富、立体、多样的火星探测科学数据，这在世界航天史上还没有过先例。

即使我们有了“五战五捷”的探月经验作为基础，也依然面临着非常大的挑战。

目前计划：

探测器将于2021年2月11日前后进入环绕火星运行的轨道（期待牛年开局大戏）。

2021年4月23日（中国航天日前夕）通过着陆器降落火星车到火星表面，进行设计寿命90天的探索工作。

“天问一号”火星探测器进入太空后，整流罩中的“天问一号”火星探测器会与火箭“星箭分离”，先在地球附近加速，中途会进行必要的修正，进入霍曼转移轨道利用惯性保持飞行。

“天问一号”独自飞向火星的孤独之旅大概需要7个月的时间，在惯性飞行过程中不需要消耗燃料。

到达火星轨道时，探测器会择机进行“刹车”制动，降低飞行速度进入火星引力场范围，切入火星轨道，被火星捕获。

这又是一个精准的操控过程：在切入火星轨道时，如果切入点离火星太近，探测器可能会坠毁；如果太远，探测器可能无法被引力捕获而掠过火星。本次火星探测任务需要实现的第一阶段目标就是：环绕火星飞行。

环绕器就可以在任务轨道进行环绕探测了。

本次火星探测任务的第二个阶段：火星软着陆。

火星探测器需要将2万多公里每小时的超高速，减到火星着陆时的零速度，整个过程需要在7分钟内完成，也被行内称为“恐怖7分钟”。

在7分钟内，让其速度在受控状态下降为零。我们知道火星大气密度却只有地球的1%，并不利于降速。实现在火星上的安全着陆，是火星探测任务中技术难度最大、失败率最高的环节。

地火距离遥远，从地球发送到火星的单程无线电信号，单程延时超过20分钟，一来一回就是一个小时，火星探测实时响应无法实现，不可能依靠地球指挥着陆。

“天问一号” 任务计划采用的减速方式将分为四个阶段进行。第一个阶段是气动减速段，探测器先从运行轨道自由下落，与大气层发生剧烈摩擦，等于踩下“急刹车”，在大约290秒内将速度从4.8 km/s骤然降低到460 m/s。在经历大气层的严酷考验后，紧接着探测器打开降落伞缓缓降落，在大约90秒后，速度会降到进一步约95 m/s。随后进入第三个阶段—— 动力减速段，探测器的反推发动机开始工作，在80秒内将速度降到3.6 m/s以下。当探测器距离火星表面约100 m高时，就进入了最后的着陆缓冲段，探测器准备开始悬停避障。此时探测器的速度已经很慢了，探测器会自主观察火星表面，快速计算出最佳着陆点。

最终它将水平移动到着陆点上方，伸出“四条腿”，并在稳定着陆后展开舷梯释放火星车。

火星地表沙尘暴非常暴烈，一旦发生全球性沙尘暴，破坏力是地球12级台风的6倍。

苏联的探测器就有遇到了沙尘暴而导致任务失败。现在只有美国软着陆火星成功过，但失败也同样很多。

月球探测的难度跟火星探测相比，一个是渡江，一个是跨洋。

一切顺利的话“天问一号”着陆巡视器将选择合适时间软着陆在火星表面的乌托邦平原，火星车从着陆器缓缓走下，开始巡视和科学探测任务。这是 “天问一号” 的一小步，也是中国行星探测的一大步。