■文/张志会

火星探测是当今航天技术的前沿和航天强国的重要标志之一，虽然技术难度大，但是鉴于火星探测在国防、科研和民用领域的巨大潜在价值，许多国家在实施月球探测后纷纷开启火星探测。

2020年7月23日，我国首次火星探测任务天问一号探测器在海南文昌航天发射场发射成功并顺利入轨，目前正在执行既定研究任务。我国首次火星探测任务并非简单重复美国、俄罗斯、欧洲火星探测的老路，而是设置了很高的起点，大大提升了我国空间探测器的研制水平，推动了我国行星探测和基础科学研究的发展，使我国跻身国际空间探测领域先进行列。

那么，人类为什么要去火星？中国的火星探测又是如何酝酿和逐步实施起来的呢？

30年前已开展火星探测的必要性和可行性研究

中国月球探测工程首席科学家、中国科学院院士欧阳自远曾说，中国开展火星探测的可行性论证几乎与探月工程同步。20世纪90年代，我国许多专家学者就对我国开展月球探测的必要性和可行性进行过系统的论证，并一致认为：当时中国完全可以利用现有设备和条件，大部分采用现有的成熟技术，开展环月探测；在此基础上，充分利用中国载人航天工程（921 工程）所发展的技术，进一步开展月球软着陆探测工程；对于开展火星探测，尽管我国目前还不完全具备能力（如测控、运载等），但也应该开展一些预先研究和关键技术的攻关，在实施我国月球探测工程的过程中适时开展火星探测，并积极开展国际合作，使我国的火星探测融入国际主潮流。

1992年，国际空间年之际，中国空间专家就未来火星探测的组织机构与法律问题提出自己的建议。例如，中国专家建议由联合国外层空间委员会作为最高层的组织机构，统一计划、安排世界各国的火星探测活动，在该委员会内设立火星探测工作组，并提出在自愿的基础上组建国际火星探测空间机构。这些建议引起了国际同行的巨大兴趣。

“863”计划和“973”计划支持下开展火星探测预先研究

围绕火星探测的预先研究，在国家“863”计划和“973”计划中关于“行星探测”方面的课题均得到部署和开展。空间物理学家、中国科学院院士刘振兴早在20世纪90年代中期曾主持过我国“863”计划中的一项软课题——“我国开展火星探测的必要性和可行性研究”。他基于当时国外火星探测的现状和发展趋势，结合我国的国情，提出了我国火星探测的目标以及探测器粗略方案。可惜这个计划并没有被列入国家规划，只是“研究研究而已”。但是，他的这一计划在相当程度上是日后我国火星探测计划的雏形，他也多次提倡中国应尽早对火星探测计划进行预先研究，特别是一些关键技术，如火星卫星轨道计算、运载系统及大功率远距离通信设备。2003年，自然科学基金会已将“地球空间环境与火星空间环境比较研究”列为重要资助领域。欧阳自远院士也曾提倡，地外天体探测的基础性研究应提前很多年着手。

为实施中国的火星探测计划，“863”计划在“十一五”期间设立了重大项目，开展火星探测器总体技术、自主导航技术、机构结构技术、大气进入技术等专项研究。“973”计划于“十二五”期间支持了两个深空探测领域的综合交叉项目，重点开展“火星精确着陆自主导航与制导控制、探测器巡航飞行高精度自主导航”等关键技术研究。

在“863”计划和“973”计划的支持下，我国科学家不仅调查了国外在火星等行星探测方面的进展与科学成果，研究了我国初期火星探测的科学目标和探测器方案，而且使我国突破了火星表面复杂形貌时空表征与识别、多尺度信息优化自主导航等前沿技术，研制了火星精确着陆导航与制导控制综合仿真系统，为火星探测工程立项提供了技术支撑，并首次提出了开展火星探测的技术路线。《中国的航天》白皮书把“深空探测”作为空间科学的一个重要内容列入其中。

嫦娥工程的多年积累为火星探测提供技术基础

经过多年发展，我国航天事业已经较成体系。2007年10月24日，嫦娥一号在西昌卫星发射中心发射升空，并于2009年3月1日按照计划撞击月球表面预定地点。嫦娥一号任务的成功实施使我国掌握了深空探测的一系列关键技术。探月工程二期后，我国建立完善了地面站，解决了测控通信等难题。正是由于这些技术积累带来的信心和底气，我国在2009年公布的《中国2050年科技发展路线图》中明确列出：在2020年前后，建立长期有人逗留的近地轨道空间站，探测器可达火星。

2010年，趁着嫦娥二号月球探测器成功运行的东风，多位院士联名向国家建议，开展月球以远深空探测的综合论证。国防科工局立即组织专家组开展了发展规划和实施方案论证，对实施方案进行了三轮迭代和深化。但是，工程立项则要等到6年以后。

A Brief History

20世纪90年代

专家学者开始论证中国月球与火星探测的必要性与可行性。

20世纪90年代中期

刘振兴院士在“863”计划支持下完成《我国开展火星探测的必要性和可行性研究报告》。

1992年

中国空间专家就未来火星探测的组织机构与法律问题提出自己的建议。

2003年

自然科学基金会重点资助“地球空间环境与火星空间环境比较研究”。

2007年10月

嫦娥一号在西昌卫星发射中心发射升空。

2010年

嫦娥二号成功运行，多位院士联名建议，开展月球以远深空探测的综合论证。

曾尝试搭乘俄罗斯火星探测顺风车而失败

尽管嫦娥一号、嫦娥二号的成绩令国人骄傲，但是中国科技界也深知，火星探测技术复杂，需要解决诸如4 亿km 之遥的深空远距离测控通信问题等诸多难题。于是，我国并没有一开始就决定完全自主探索，而是选择认真借鉴和学习美国与其他国家的火星探测活动，并努力争取搭一下火星探测先发国家的顺风车。当时，我国想到的是借俄罗斯之力。

2007年3月26日，在中俄两国元首的见证下，中国国家航天局局长孙来燕与俄罗斯联邦航天局局长佩尔米诺夫共同签署了《中国国家航天局和俄罗斯联邦航天局关于联合探测火星- 火卫一合作的协议》，确定双方于2009年联合对火星及其卫星火卫一进行探测。从2007年6月开始，以上海卫星工程研究所为主的科研团队花了两年多的时间完成了萤火一号的研制，上海的科研团队共攻克了探测器的5项关键技术。

同样作为两国合作的一部分，2010年6月3日17时至2011年11月4日18 时，我国航天员教员王跃及俄罗斯等国家的5 名志愿者参与了俄罗斯历时520 天的“火星-500”计划。志愿者模拟了飞往火星、环绕火星、登陆火星和返回地球等全过程。通过该项目的试验，我国获得了一些重要的火星探测试验资料。

比原计划推迟了两年，2011年11月9日，我国首个火星探测器萤火一号搭载在俄罗斯的福布斯-土壤火星探测器上，搭乘天顶号运载火箭从拜科努尔航天中心发射升空。然而，福布斯-土壤火星探测器在发射升空后出现意外，在与运载火箭分离后未能按计划实现变轨，萤火一号也不知所终。由于本次整个发射过程完全由俄罗斯控制实施，我国全程非常被动。此次失败给我国火星探测带来了一些技术和经济上的损失，对中国独立自主研制、发射火星探测器产生了反向激励。

与俄罗斯合作的失败经历使中国航天界更加意识到，我国月球和火星探测相关研究起步较晚，目前仍面临不少困难和问题，我们既要保持国际合作以充分利用深空探测资源，也要努力实现未来中国自主进行火星探测。鉴于中国火星探测需要形成更具有前瞻性的、明确的科学目标，并借鉴和总结国外的成果和经验，2011年10月18—20日，由中国工程院、原国土资源部、中国科学院、中国航天科技集团公司主办的“月球与火星探测科技高层论坛”在北京举行。来自美国、法国、印度、日本等国的专家以及我国参与月球和火星探测的首席科学家及主要负责人，分别就国际新一轮探月地学研究成果、火星探测成果、各国月球登陆点的选择方案、科学目标与相关探测技术等内容进行讨论。

2011年10月

月球与火星探测科技高层论坛在北京举行，美国、法国、印度、日本等国的专家分享火星探测成果、技术与选择方案。

2011年11月

俄罗斯发射的福布斯-土壤火星探测器及其所搭载的中国萤火一号火星探测器在刚升空不久就出现意外。

2016年年初

中国火星探测计划正式立项实施。

2016年年底

探测器完成全部关键技术攻关和详细设计。

2020年7月

天问一号火星探测器成功发射升空和入轨。

2021年5月

天问一号第一次通过环绕器传回火星车遥测数据。

难度上开创先例的火星探测技术方案和关键技术研究

2016年4月22日，首个“中国航天日”新闻发布会上，国家航天局透露火星探测任务已经获批立项，计划于2020年择机发射的首颗火星探测器将实现“绕、着、巡”一期工程目标。

从以往人类火星探测的历史看，环绕探测是着陆和巡视的先期工程，环绕探测和着陆巡视任务一次性实施的难度极大，我国首次任务以“绕、着、巡”为目标，将开世界火星探测史上的先例。除了探月工程所掌握的关键技术为火星探测任务奠定了基础外，我国的大推力运载火箭、超1 亿km 测控等技术也取得了重大突破。以往深空探测的飞行轨道控制和远距离测控是我国的薄弱环节，但通过地面测控系统64 m 大口径天线的建设，我国完善了深空测控网，为未来火星探测器的远程测量与控制奠定了基础。总体上看，我国已经具备了自主开展到达距地球约4亿km 远火星探测的前提条件。

欧阳自远院士曾在2011年总结了火星探测的三大科学任务：一是探测现在火星生命活动的信息，探寻火星过去是否存在过生命，为生命起源和探寻地外生命提供新的科学依据；二是探测与研究火星的演化以及与类地行星进行比较，为太阳系的起源与演化研究提供新的科学论据；三是探讨在火星上创造适合人类生存的环境的可能性。首次火星探测任务的工程目标则包括：一是突破火星制动捕获、进入/下降/着陆、长期自主管理、远距离测控通信、火星表面巡视等关键技术，实现火星环绕探测和巡视探测，获取火星探测科学数据，实现我国在深空探测领域的技术跨越；二是建立独立自主的深空探测工程体系，包括设计、制造、试验、飞行任务实施、科学研究、工程管理以及人才队伍建设，推动我国深空探测活动可持续发展。

立项之后，我国组织科研单位开展了紧锣密鼓的关键技术研究，推动深空探测工程实施。天问一号探测器由一架轨道飞行器和一辆火星车构成。自立项以来，中国空间技术研究院在4年多时间里高效完成了火星探测器研制任务。我国也加快建设了大功率天线、火星探测地面站、微弱信号高性能接收系统以及深空测控网，更大推力的长征五号运载火箭更是重要支撑。

2016年7月，火星探测器研制转入初样。2016年年底，探测器完成全部关键技术攻关和详细设计。

天问一号任务不仅是我国首次火星探测任务，也标志着我国行星探测计划的“问天之旅”已经走出了第一步，逐步形成整体概念，深空探测正挺进更深远的宇宙。

天问一号顺利升空履行使命

2019年11月，国家航天局首次公开了我国火星探测任务。根据计划，我国将在第二年择机发射火星探测器，开展火星全球性和综合性探测。同年11月14日，国家航天局邀请部分外国驻华使馆及国际组织人员赴河北观摩中国首次火星探测任务着陆器悬停避障试验，并参观相关试验设施。这是中国火星探测任务及飞行控制团队首次公开亮相，也是中国向国际航天界表达合作诚意的信号与举措。

2020年是火星探测任务发射大年，多个火星探测器发射升空，包括阿联酋的希望号、中国的天问一号和美国的火星2020。2020年3月10日，北京航天飞行控制中心圆满完成我国首次火星探测任务无线联试，这也是任务中心与航天器正样的唯一一次地面联合演练。4月24日，第五个“中国航天日”，中国行星探测任务被命名为“天问系列”，首次执行中国自主火星探测任务的火星探测器被命名为天问一号。7月23日12 点41 分，载有天问一号火星探测器的长征五号遥四运载火箭在海南文昌发射场成功发射升空，这标志着我国首次自主火星探测任务正式开启。

2021年4月24日，中国首辆火星车命名为祝融号。此前，美国火星探测计划借助好奇号火星车将一个配有高精度仪器的巨大实验室搬到火星，而中国的火星探测计划更侧重“火星轨道器＋火星车”协同工作。在太空中进行漫长旅程后，同年5月15日7 时18 分，科研团队根据祝融号火星车发回的遥测信号确认，天问一号着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区，我国首次火星探测任务着陆火星取得圆满成功。同年5月17日，天问一号第一次通过环绕器传回火星车遥测数据。

天问一号任务不仅是我国首次火星探测任务，也标志着我国行星探测计划的“问天之旅”已经走出了第一步，逐步形成整体概念，深空探测正挺进更深远的宇宙。未来，“天问系列”探测任务还将继续，我国计划在2030年开展第二次火星探测任务（采样返回），也会继续推动小行星探测以及木星、土星等更远星球的探测工程。