在長征五號遙三火箭沒有復飛之前最令人擔憂的莫過於我國首次自主火星探測任務“火星一號”飛船能否如期發射，用火星探測任務工程總設計師張榮橋的話說，火星探測器的發射窗口是後牆不倒，因爲發射窗口每隔26個月纔會出現，意味着一旦錯過2020發射窗口就需要等到2022年纔有機會發射。

隨着長征五號遙三火箭於2019年12月27日完美復飛，火星一號飛船發射任務也得以實錘落地。近日，航天科技集團發佈《啓航新夢想，再創新輝煌》2020新年賀詞，其中明確提到要在今年發射火星探測器。

航天科技集團新年賀詞節選

按照任務計劃202天后的7月23日將是火星一號飛船的第一發射窗口，該飛船將在海南文昌航天發射場由長征五號遙四火箭發射入軌，爲了給火星一號任務讓路嫦娥五號月球採樣飛船也被安排在之後的第四季度發射。

剛剛到來的2020年是人類火星探測大年，美國NASA火星車2020、俄歐聯合研製的ExoMars火星車，加上中國火星一號，總計有三輛火星車將踏上奔火旅程，發射窗口集中在7月18日至8月11日。

俄歐聯合研製的ExoMars火星車

除此之外阿聯酋也計劃在今年發射一顆火星衛星，也就是說將有四艘飛船一同踏上數億公里距離的奔火旅程，話說它們在路上可以相互打個招呼以解旅途寂寞之苦。

中國火星一號飛船於2016年1月11日正式立項，由中國航天五院（空間技術研究院）負責抓總研製，由環繞器、進入器兩大部分組成，進入器中包裹有着陸器、巡視器，火星一號飛船總重5噸，是人類有史以來最大規模單次火星發射任務，這也是爲什麼必須由長征五號火箭發射的原因。

中國火星一號飛船

嫦娥探月厚積薄發助力中國火星探測一鳴驚人

火星一號飛船厲害之處在於這是人類有史以來第一次在一次發射任務中連續實現對火星的“繞、落、巡”三大工程目標，中國在缺席火星探測半個多世紀後選擇用一鳴驚人的方式向世界證明自己的真正實力。

要知道在此之前成功着陸火星表面的僅有美國一家，成功着陸火星表面並展開巡視探測的也僅有美國一家，這意味着火星一號任務成功後我們將無可爭議地坐穩世界航天第二把交椅，並以此爲基礎向世界第一發起新衝擊。

火星一號將由長征五號遙四火箭發射入軌

爲什麼中國航天敢於選擇如此高難度的火星探測方案？激進方案背後是中國航天近二十年來的厚積薄發，尤其是嫦娥探月工程積累的地外星球探測實力。

嫦娥一號、二號、三號、五號T1試驗器、四號共五艘月球探測飛船連續成功發射，嫦娥五號月球採樣返回飛船也已經完成研製，我國已經無可爭議地成爲21世紀人類探月的先鋒主力，系列月球任務積累的工程裝備及其製造工藝經驗、任務實施經驗都可以移植到火星一號飛船上。

嫦娥5號月球採樣返回飛船

譬如，嫦娥五號月球採樣飛船用於月面起飛的發動機與火星一號環繞器使用的發動機同爲3000N推力，該發動機將負責火星一號飛船在地火轉移軌道段的變軌控制；火星一號着陸器配置的YF-36變推力發動機也是在嫦娥三號/四號7500N變推力發動機基礎上進行大噴管改造；火星一號着陸機構緩衝元件也將全部採用中科院固體所爲嫦娥三號/四號研製的高效吸能合金製作。

嫦娥4號7500N變推力發動機

除此之外，嫦娥三號/四號着陸器基於機器視覺的智能避障系統也將是火星一號成功着陸火星表面的撒手鐧，這是一套由自主導航慣性測量單元、激光測距、微波測距、光學成像、激光三維成像等傳感器爲一體的智能避障系統，在它的引導下嫦娥三號/四號實現100%成功落月，不僅可以登陸月球正面，地形更爲崎嶇複雜的月背嫦娥四號也可以安然降落，火星一號則完整地繼承了這一優勢功能。

誠然，月球與火星是空間環境完全不同的兩顆星球，然而月球的極低溫與極高溫以及強輻射環境則是深空探測的最高標準，能適應月球環境的設備在火星上也有更大優勢。

嫦娥4號熱真空測試

一切爲減速！中國火星一號飛船的9分鐘生死考驗

火星探測相較於月球探測雖有繼承，但前者特殊性同樣明顯，首先火星引力是月球的兩倍多，因此火星大氣層得以存在，引力與大氣就是飛船實現軟着陸火星表面的兩大瓶頸，而減速性能高低就是火星一號飛船能否成功降落的關鍵。

再入火星大氣層

火星一號飛船從地球出發到抵達火星表面流程如下：

2020年7月23日，長征五號遙四運載火箭搭載火星一號飛船在海南文昌點火發射入軌；

2020年10月5日，火星一號3000N發動機點火進入深空機動段；

2021年2月11日，火星一號3000N發動機再次點火制動減速切入環繞火星軌道；

2021年4月23日，火星一號環繞器與進入器分離，5小時後着陸；

2021年4月23日，火星車踏上火星表面進行巡視探測。

火星一號環繞器與進入器分離示意圖

環繞器與進入器分離後，進入器將接受9分鐘生死考驗，它將先後經歷氣動減速段、降落傘減速、動力減速、懸停避障、緩衝着陸五大階段，每一階段目的都是減速。9分鐘着陸耗時也是人類火星登陸史的最長時間，而這恰恰是減速配置完善的優勢體現。

首先進入器是從環繞火星軌道離軌實施着陸操作，而不是像其他探測器那樣直接從地火轉移軌道一頭扎向火星表面，初始速度已經從1.9萬公里/時降至1.7萬公里/時（約合13馬赫）。同時進入器採用了獨具特色的彈道升力式+配平翼方案，配平翼可以起到控制進入器彈道姿態目的，使得進入器3.4米直徑大底以最有利角度切入火星大氣層，進而實現氣動減速目標。

火星一號進入器

氣動減速段細分爲進入準備成像段、攻角配平段、升力控制段，緊隨其後就是傘降控制段，去年俄歐聯合研製的ExoMars火星車就遭遇了降落傘測試失敗瓶頸，極大程度影響了發射準備任務。這是因爲俄歐ExoMars火星車過於依賴傘降減速，爲此配置了多達4部降落傘，有兩部引導傘和兩部主傘，開傘操作極爲複雜，任何一部傘具沒有打開都將導致任務失敗。

我國火星一號進入器在氣動減速段着力更多，因此傘降減速段壓力要小得多，我們與美國NASA一樣都只使用一部超音速減速傘。

超音速減速傘風洞測試

傘降減速段尾聲進入器將先後拋掉大底與背罩，火星車與着陸器隨後露出真身，緊接着YF-36型7500N變推力發動機點火進入動力減速段，在距離火星表面百米左右距離時進行懸停成像爾後25N、250N發動機點火進行機動避障，最後就是在緩衝機構助力下軟着陸火星表面，最終以火星車駛離着陸器爲標誌宣告着陸行動圓滿成功。

火星一號着陸火星示意圖

一次發射走完外國半個世紀探火歷程，中國火星車“橫着走”

一步實現“繞、落、巡”是火星一號的工程目標，與此同時它還肩負有尋找火星生命信息，爲火星本體研究積累資料，研究火星改造前景等科學任務，爲此火星一號安裝了13種有效載荷，其中運行在火星上空的環繞器有7個，巡視器有6個。

火星一號巡視器太陽能帆板展開（示意圖）

行進於火星表面的巡視器將蒐集關於火星的第一手信息，而不用像以前那樣依賴國外資料。它搭載有導航地形相機、次表層探測雷達、火星表面成分探測儀、多光譜相機、火星表面磁場探測儀、火星氣象測量儀，可對巡視區形貌、土壤結構、水冰分佈、表面元素、礦物和岩石類型、大氣物理特徵、表面環境等目標進行就位探測。

火星一號巡視器是我國自主研製的第一輛火星車，重約240公斤，四片太陽能電池翼展開後整體呈蝶形，很像一隻張開翅膀的蝴蝶。

火星一號巡視器駛離着陸器

車身中部兩片太陽能電池帆板可以上下活動調整角度，以此適應太陽不同方位的射入角，最大限度獲取電能，而這是此前美國NASA勇氣和機遇號所沒有的配置，與後兩款火星車相比，中國火星車可以更從容地度過火星冬天。

火星一號巡視器機動能力也是首屈一指，最大速度200m/h，爬坡角度30°，除了可以直線行駛、原地轉向、行進間轉向基本行駛功能外，還獨具特色地開發了蟹行與蠕動功能，言外之意就是火星一號巡視器可以“橫着走”。多項性能指標可以比肩美國最先進的好奇號火星車，火星一號巡視器行進在火星表面的那一刻也標誌着中國航天用一次發射走完了外國近半個世紀的探火歷程。

火星一號巡視器拓展了蟹行功能

火星一號環繞器作爲環火遙感衛星配置有中分辨率相機、高分辨率相機、次表層雷達、礦物光譜分析儀、磁強計、離子與中性粒子分析儀等載荷，將重點就火星地形地貌特徵、火星水冰分佈、火星土壤與結構分析、火星大氣電離層分析與行星際環境探測、火星表面物質成分調查等任務實施遙感作業，同時環繞器還將作爲火星車/着陸器與地球通信的中繼衛星，其運行軌道距離火星最近高度爲265公里。

火星一號環繞器

一年之內兩顆地外星球左右開弓，我們的征途是星辰大海

深空測控能力也將是火星一號任務能否成功的關鍵，不同於40萬公里級地月空間距離，地火空間距離則是5500萬公里至4億公里，數據延遲通常約17分鐘，最長延遲時間則是22分鐘，信號衰減十分嚴重，對地面測控站數據的上行下傳提出了更高要求。

以嫦娥探月工程爲契機，我國先後在喀什、佳木斯、阿根廷分別建設了三座深空測控站，配置有35米、66米兩種口徑射電天線，測控距離遠遠超越月球、火星，曾先後兩次於2015年6月11日、2017年9月15日對美國NASA的新地平線號、卡西尼號進行跟蹤測量，兩器位置分別是冥王星與土星軌道，最遠距離47億公里，這表明我國深空測控距離在五年前就已經初步觸達太陽系邊際空間。爲提升火星任務成功率與可靠性，近期喀什深空站又在興建由3座35米口徑天線組成的深空天線陣，助力火星一號任務。

佳木斯深空站66米測控天線

在向火星進發同時，今年第四季度實施的嫦娥五號月球採樣返回任務將在更短時間內向全國人民告捷，這艘八噸級飛船帶回的月球樣本將是蘇聯所有月球採樣返回飛船帶回樣本重量的12倍，由服務艙、返回艙、落月器、上升器組成的嫦娥五號也幾乎與阿波羅載人登月飛船無異。

嫦娥五號將於今年第四季度發射

一年之內同時在火星、月球兩顆地外星球上左右開弓，這將是人類有史以來亙古未有之盛況，而中國這一次將在宇宙空間創造歷史，成爲我們迴歸世界中心的新標誌。

我們的征途是星辰大海！

然而我們的目標也絕不僅僅限於月球與火星，在接下來的十年裏，除了即將夢想照進現實的天宮空間站、嫦娥探月四期工程、載人登月之外，我們還將實施爲期十年的小行星取樣返回任務、火星採樣返回、木星探測、太陽系邊際探測等重大工程，就像長征五號遙三火箭復飛成功後航天中心大屏幕上的那句“我們的征途是星辰大海”一樣，中國人的宇宙雄心將是永無止境！