苏联人给“火星1A号”定的任务是：探索火星和地球之间的行星际空间，并且在飞越火星的轨道上拍摄几张火星表面照片。可惜，发射后的第3级火箭点火失败，这颗探测器刚刚飞达120千米的高度就报废了。

4天后发射的“火星1B号”探测器也没逃过失败的命运，还没升空，火箭引擎就直接爆炸。

1962年10月24日，苏联发射了第3枚火星探测器——“斯普特尼克22号”，这枚探测器在进入地球轨道时破碎。

莫斯科航天博物馆展出的“斯普特尼克”号全尺寸模型

1963年3月21日，苏联不甘心地又发射了“斯普特尼克23号”，这枚探测器倒是飞往火星了，可是它途中失联了。等人们再发现它的信号时，它已经飞向了太阳的轨道。

1964年11月5日，不甘寂寞的美国发射了“水手3号”，可是当探测器穿过地球大气层的时候，因为一个保护盾没能推出，“水手3号”也失败了。

直到1965年11月28日，美国发射的“水手4号”才成功飞掠火星，拍摄到第一张火星的近距离照片。

“水手4号”

上火星，怎么这么难？

从1960年人类第一次尝试发射火星探测器至今，只有15次顺利进入了火星大气层，只有8次成功着陆并且顺利开展了探测工作。将近50%的失败率让火星成了一颗不折不扣的“探测器坟场”。

截至2020年火星发射窗口前的火星着陆版图，括号里的是抵达年份。

上火星之所以这么难，主要是这个过程必须要迈过三道大关。

这第一关，就是要把火星探测器送出地球，让探测器能和火星相遇。

现在比较主流的说法是，今年10月14日7时25分，地球会移动到火星和太阳中间，和火星的距离最近。毕竟火星探测器发射后还要“飞一会儿”，那么今年的7月至8月之间，就是向火星发射探测器的“最佳窗口期”。

把握好“窗口期”只是第一步。接下来还要经历“发射到绕地轨道——绕地轨道点火——被火星捕获进入环绕火星轨道”三个环节。这其中，最容易栽跟头的就是最后一环。

不管是去月球还是火星，探测器都不可能直线飞过去，而是通过运载火箭的运力把探测器送到一个名叫“霍曼转移轨道”的椭圆形轨道里，让探测器自然而然和火星“相撞”。

从地球到火星的霍曼转移轨道

看似原理简单，但里面却涉及到大量运算。

比如，在飞行器进入轨道前，要测算轨道的高低，从低轨道进入高轨道时要进行两次加速，反之要进行两次减速。在这个过程中，需不需要额外的燃料来补偿、选用多大推力的引擎……都要提前算好。稍有不慎，火星探测器就会和火星擦肩而过，无缘于茫茫宇宙了。

第二关，是让火星探测器成功着陆。

这一关相当于整个火星探测任务的“天险”，为了保证着陆成功，着陆器必须在7分钟之内把自己每秒4.8公里的速度速降至0。考虑到火星和地球之前的距离比较远，数据传输很可能出现延时，着陆器必须具有很强的自主能力。

形象点来说，完成火星着陆的难度，相当于“在巴黎打一颗高尔夫球，还得让球落进东京的一个洞里”。

根据现有的爆料资料来看，“天问一号”会把这7分钟分为4个减速段，先通过气动减速，用290秒左右把着陆器速度降到每秒460米。然后打开探测器的降落伞，大概用90秒的时间，将速度由每秒460米降到每秒95米。

紧接着，留出80秒的时间，用反推发动机进行动力减速，把速度降至每秒3.6米。理想状态下，这个阶段结束，着陆器和火星地面的直线距离就只有100米了。“天问一号”也会进入着陆缓冲阶段，在这100米的距离上悬停一段时间，观察一下地面适不适合降落，调整一个比较好的降落位置。

一切顺利的话，就可以安全降落了。

不过，切记切记，上述的一切都建立在最理想的状态下。如果降落过程中出现任何突发情况，没有办法达到既定的速度要求，那我们的火星探测器就很可能就“有去无回”了。

熬过了前两关，火星探测任务最难的两个环节算是完成了。一切正常的话，被送上火星的巡视器会开始运转，完成规定的巡视任务。

当然，这个阶段也有风险。比如，因地球和火星距离太远，巡视器和地面失联了；再比如，火星上风沙比较大，遮蔽了巡视器的太阳能板，导致整个巡视器没法运转……

欧洲的小猎犬2号，由于太阳能板没有完全展开，遮挡了通讯天线，导致无法与地面建立联系，任务失败。

据说，地球和火星之间的转移轨道有5亿公里，这5亿公里，有些国家用了60年都没有顺顺利利走完。

希望“天问一号”，可以飞得更远。

《我是科学人》纪录片由长安信托特约赞助。 返回搜狐，查看更多