一枚五米宽、五十七米高的火箭正在中国南部海南岛等待发射升空，中国正悄然为首次独立火星之旅做最后准备。当发射窗口在七月中旬开启时，中国科学家将努力向一颗行星发射探测器，这颗行星曾因其在天空中不断变化的亮度和位置而使他们的祖先感到困惑。
这艘名为“天问一号”或“探索天体真理”的航天器，将携带13台科学仪器，从轨道和火星表面对这颗红色星球进行考察。“天问一号”将考察火星上水冰的分布情况，以及这颗行星的物理演化及其随时间推移的宜居性。乔治·华盛顿大学空间政策专家约翰·洛格斯顿表示，这项任务——由轨道器、着陆器和漫游车组成——是“首次尝试中最雄心勃勃的事情”。
令人担忧的记录
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完美完成任务的几率令人望而生畏：迄今为止，人类数十次尝试环绕或登陆火星，但只有大约一半成功了。在经历了一些备受瞩目的挫折后，美国国家航空航天局（NASA）部署了五个着陆器、四个漫游车和多个轨道器，这些设备为科学家和公众生动地展现了火星世界。但是，中国在地球轨道以外的航天经验 仅限于几次机器人月球任务 和一个在2011年俄罗斯火星探测器“福布斯-土壤”号任务失败 中搭载的轨道器。
洛格斯顿说，五公吨重的“天问一号”面临两大风险。首先，中国最强大的重型运载火箭“长征五号”仅发射过三次，其中包括2017年的一次重大失败，当时火箭在起飞后不久就开始发生故障。科学家们花了两年多的时间才修复了“长征五号”芯级发动机的问题，并在2019年末取得了一次成功的飞行。然而，它的飞行记录仍然让观察家们感到紧张。
其次，“天问一号”的着陆器必须在充满挑战的火星大气层中导航，火星大气层足够浓稠，会使探测器过热，但又太稀薄，无法充分减速。该航天器的进入、下降和着陆技术采用了隔热罩、降落伞和反向发动机来减缓其下降速度，这种布置类似于 早期的美国任务。然而，当探测器距离地面仅100米时，它将暂停，拍摄该区域的快照，并快速计算出最佳着陆点。然后，它将水平移动到该点上方中心位置，并用着陆器的四个支腿小心地着陆。
2019年11月，中国在河北省测试了着陆程序的这一部分，该程序此前已成功用于中国的月球着陆任务。外国官员被邀请现场观看测试。然而，这是“天问一号”的最后一次重大公开活动。此后，中国国家航天局（CNSA）一直保持低调，任务科学家们拒绝或忽略了几乎所有的采访请求。
科学机遇
如果“天问一号”成功着陆，它的研究可能会揭示火星的新方面。例如，轨道器和漫游车都配备了探地雷达，用于绘制地表下的地质层。轨道器上的雷达可以“看到”几千米深的地方，而漫游车上的仪器视野较浅，但具有厘米级的清晰分辨率。“中国（使用这些雷达）的主要目标是探测行星表面下的水冰层，” 法国格勒诺布尔行星科学与天体物理研究所的沃德克·科夫曼说。
“天问一号”测量火星磁场的能力令美国亚利桑那州立大学的吉姆·贝尔感到兴奋，他是美国国家航空航天局（NASA）“毅力号”漫游车主相机的首席研究员。他说，一种普遍的假设是，红色星球曾经拥有像地球一样的全球磁场。然而，当其较小的熔融铁核冷却下来时，火星逐渐失去了这层保护罩，使这个星球暴露在太阳风和辐射之下，导致其大气层变薄，并使可能在其表面流动的任何水都消失殆尽。自2014年以来，美国国家航空航天局（NASA）的火星大气与挥发演化探测器（MAVEN）任务已经发现了大量证据来支持这一设想，但科学家们渴望获得更完整的图像。“天问一号将非常有助于从不同的轨道和地面提供更多证据，”贝尔说。他希望中国团队能与国际社会分享数据，共同拼凑出火星的环境演变图景。
“天问一号”的目标是在乌托邦平原南部着陆，这是一个大致平坦的区域，位于火星赤道以北25至30度之间。地质学家长期以来一直怀疑该地区覆盖着古代泥石流，这表明这里储存着过去的液态水。“这是一个研究过去潜在的地下宜居性的有趣地点，”亚利桑那大学的行星地质学家阿尔弗雷德·麦克尤恩说。
系列报道之一
麦克尤恩指出，漫游车在火星地下找到水的机会可能受到其纬度的限制。由于它从太阳能电池板获取电力，因此必须靠近赤道。大多数研究人员认为，今天行星表面之下的水冰主要存在于较高和较冷的纬度地区。
中国科学院上海技术物理研究所的舒嵘表示，“天问一号”对太阳的依赖迫使其团队设计出耐用的仪器。“由于我们的漫游车没有放射性同位素电源，因此所有仪器在静止时都需要承受低至零下90摄氏度的温度，并且它们在零下40至零下30摄氏度的温度范围内运行，”他补充道。
漫游车的有效载荷包括火星表面成分探测器（MarSCoDe），该探测器的设计由舒嵘领导。与美国国家航空航天局（NASA）“好奇号”漫游车上的化学相机（ChemCam）类似，MarSCoDe可以发射短激光脉冲，以汽化几米外岩石的表面。该仪器将“嗅探”这些微型爆炸产生的电离气体，并确定岩石中化学元素的类型和数量。
“天问一号”预计将于2021年2月到达火星。它将在停泊轨道上停留约两个月，等待最佳时机和表面条件着陆。中国不断扩展的射电望远镜跟踪和接收站网络将维持地球与探测器之间的通信。
中国科学家已经在为“天问”系列的更多任务做准备，包括从火星和小行星取回岩石样本的计划，对木星进行飞掠探测，以及探索太阳广阔的日球层边缘。 但洛格斯顿表示，如果“天问一号”按计划到达火星，“它将使中国以重要方式进入太空探索领域。”