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在嫦娥探月工程不断取得成功之际,越来越多的中国航天人和航天爱好者将目光投向火星.终于,2016年4月22日国防科工局局长许达哲在就中国首个航天日举行的发布会上,宣布了火星探测任务正式立项的重磅消息.
火星探测：一路坎坷
中国月球探测工程已经发射了嫦娥一号、嫦娥二号、嫦娥三号和嫦娥五号T1总计4颗探测器,未来还将发射嫦娥五号取样返回探测器、月球背面着陆的嫦娥四号和地月L2轨道的中继星,不仅过去的成就举世瞩目,更有未来的锦绣前程.相比之下,中国火星探测工程2016年才正式立项,未来更有很大的不确定性.两个工程看起来是两个阶段的事情,很少有人留意到,其实中国的火星探测和月球探测几乎是同时起步的.
探月工程正式启动于2004年,嫦娥一号发射升空则是2007年10月24日.而早在2005年11月,中俄两国总理定期会晤中就考虑制定联合双边太空探索计划,到2007年3月26日,两国签署联合探测火星和火卫一的合作协议.根据中俄两国的协议,俄罗斯将利用福布斯-土壤号是探测器空余的空间和运力,为中方搭载一颗火星探测器.这就是萤火一号的由来.
萤火一号：出师未捷身先死
萤火一号火星探测器是中国航天少有的国际合作项目,选择借船出海而不是自力更生,是因为我们实在缺乏深空探测能力.举例来说,当年中国发射的距离地球最远的卫星是双星计划中的探测一号,由于火箭入轨控制问题,远地点比原计划高了一万多千米！要向距离地球最近也有5500万千米的火星发射探测器,长征火箭的导航制导控制系统恐怕暂时无法满足需求.
即使火箭有可能改进以满足需求,测控系统的不足也是一个大问题.中国的航天测控网络当时只具备对地球轨道目标的测控能力,为了满足嫦娥一号月球探测器的测控任务,要在喀什站和青岛站各新建一座18米的统一S波段测控天线,还要借用中科院的大型射电望远镜通过甚长基线干涉（VLBI）技术进行测控.所以说,当时的中国从硬件到经验都不支持开展独立的火星探测.
深空探测具有全球性、科学性等特点,国际合作是其主流发展模式.前不久英国BBC采访中国探月和火星计划总师吴伟仁时,英国人不无恶意地评论,中国在合作日益增强的太空探测活动中被认为是一匹孤狼.这并不是我们闭关锁国,而是被美国封锁的困境使然.中国航天始终欢迎国际合作,萤火一号项目的实施就是一个范例.国际合作的萤火一号项目,有助于中国弥补能力和经验的短板,多快好省地开展火星探测.国际合作对中国航天是有利和必要的,只可惜后来的发展可谓计划赶不上变化.
即便有俄国人交流帮忙,火星探测对中国航天来说仍然充满未知,无论是深冷温度环境的控制还是超低剩磁的控制,或是超远距离的测控和通信,都是不小的挑戰.但是上海航天八院在研制萤火一号探测器的过程中陆续解决了这些技术难题,用23个月就完成了一般5年才能完成的研制任务.
但遗憾的是,由于俄罗斯方面研制进度滞后,福布斯-土壤号探测器无法在2009年10月如期发射,发射日期推迟到大约26个月之后的下一次发射窗口.而更糟糕的是,2011年11月9日福布斯-土壤号探测器发射后,主发动机没能进行启动点火最后坠落太平洋,导致萤火一号探测器也跟着出师未捷身先死.
萤火一号的失败,虽然不是中国航天的原因,但仍给了中国火星探测当头一棒.在嫦娥一号探测器的成功发射和中国航天技术全方位进步的鼓舞下,嫦娥一号总师叶培建等人雄心勃勃地表示,中国应该独立进行火星探测.
独立火星探测：屡败屡战
继萤火一号之后,独立的火星探测方案不断出炉,其中既有上海航天八院的萤火一号改进型方案,也有北京航天五院的嫦娥探测器改进方案.上海八院的方案中,火星探测器以萤火一号为主体,增加了推进巡航段,使探测器具备了独立飞向火星和进行制动进入火星轨道的能力,还增加了两个30～50千克的火星穿透撞击器用于研究火星地质构造.北京五院的方案更为大胆,他们以嫦娥一号平台为基础,更换了用于火星探测的载荷,并增加了一个约50千克的小型试验着陆器,将使用气动刹车辅助减速进入火星轨道,验证火星环绕探测和火星大气进入、下降和着陆的技术,总体水平上类似欧洲的火星快车.
这些方案并没有停留在纸面上,且不说上海成熟的萤火一号改进方案,北京五院也进行了大量的研究,突破了火星测控通信的轻型应答机和轻质量天线,以及深空导航制导技术,还进行了火星着陆技术的研究,实际开展了软着陆气囊原理样机的空投演示试验.火星探测技术的研究同时使中国航天的运载火箭和测控网络都有了巨大的发展,探月工程中长征三号火箭就改进提高了制导精度,而喀什站35米、佳木斯站64米专用深空测控天线的建成,也让中国的深空测控能力有了飞跃性的进步.
遗憾的是,福布斯-土壤号探测器两年的拖延和2011年的失败,无情地粉碎了这一切,将中国火星探测计划打入冷宫.然而中国科学家并没有放弃独立开展火星探测的希望,2011年后仍然不断提出火星探测的倡议,但始终没有得到国家批准立项,只能眼睁睁地看着印度的曼加里安号火星探测器于2013年成功发射并于2014年成功入轨.
或许是由于印度的成功,2013年中国航天火星探测的构想也有了较大的变化,从以轨道器为主外加撞击器或试验性着陆器,演进升级为轨道器、着陆器和巡视器三位一体,预定发射时间为2018年.
尽管从技术上看,火星探测对中国人来说已经不再遥远,但国家始终没有正式立项,而火星探测26个月一个窗口的限制,意味着错过一次就要再等两年多,于是计划于2018年发射的火星探测绕落巡探测器,也只能推迟到2020年再发射了.
有优势,有风险,也有机遇
2016年1月11日,中国自主火星探测项目终于正式立项.根据目前公布的消息,中国的首个火星探测器将是一个环绕、着陆和巡视结合的空前复杂的项目,其复杂度不仅超过了美国在航天竞赛时*射的水手号和海盗号探测器,也比欧空局的火星快车复杂得多.
火星论文参考资料：
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