姜景山院士：中國火星探測實(shí)現(xiàn)三步并一步走，就是世界第一

網(wǎng)易火星知識官介紹：姜景山，中國工程院院士、國防科工局深空探測重大項(xiàng)目實(shí)施方案論證專家委員會成員，他也是中國載人航天工程、探月工程的主要推動者、組織者和領(lǐng)導(dǎo)者之一。中國微波遙感的主要開創(chuàng)者。

火星上究竟有沒有生命的跡象？火星上的生態(tài)環(huán)境是什么樣的？火星是否有可能成為人類在浩瀚宇宙中開辟定居的一個(gè)新大陸、新家園？

自從 60 多年前人類向火星發(fā)射第一枚探測器以來，人們對于這顆類地星充滿好奇。人類迄今已進(jìn)行了 44 次火星探測，但，對于這顆星球所知卻仍然十分有限。

這一次，中國歷史上第一枚火星探測器 “天問一號”即將于 7 月 23 日在海南文昌升空，中國人通過自己的科技行動，試圖直接去揭開火星的秘密。

到現(xiàn)在為止，前蘇聯(lián)、美國、歐盟、日本都先后實(shí)施了火星探測器的發(fā)射，印度也成功發(fā)射了探測器。

“我們中國人這是第一次去火星，必須要有一個(gè)跳躍式的前進(jìn)，直接就蹦到國際火星探測的第一方陣。”中國工程院院士、國防科工局深空探測重大項(xiàng)目實(shí)施方案論證專家委員會成員姜景山對網(wǎng)易科技記者說，中國在火星探測上比起前蘇聯(lián)、美國晚了幾十年，這一次的行動，必須要有自己的創(chuàng)新亮點(diǎn)。而這個(gè)亮點(diǎn)就是，中國不再像探月那樣三步走：繞月、著陸、巡視，而是一上來就三步并作一步，繞火星、著陸和星面巡視均列為一次實(shí)施任務(wù)目標(biāo)。

姜景山院士是中國航天科技領(lǐng)域的資深科學(xué)家，曾任中國探月工程首期副總設(shè)計(jì)師，也是中國載人航天應(yīng)用工程的組織者和領(lǐng)導(dǎo)者之一。這一次火星探測，他所在的中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心承擔(dān)了科學(xué)目標(biāo)和有效載荷配置研究任務(wù)。

據(jù)姜景山告訴記者，中國推進(jìn)探月計(jì)劃的同時(shí)，在 2012 年前，專家們就已經(jīng)在推動中國自己獨(dú)立的火星探測計(jì)劃立項(xiàng)，而這一次的軌道器、著陸器和火星車巡視三大目標(biāo)為一體的探測方案，也是一早就有的構(gòu)想。2016 年 1 月，這一計(jì)劃得到國家的正式批復(fù)。

火星距離地球至少 5500 萬公里，遠(yuǎn)大于地球和月亮之間的 38 萬公里?；鹦峭瑫r(shí)也在繞著太陽公轉(zhuǎn)，這意味著從地球走向火星，難度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于探月。但親歷過載人航天和探月兩大工程的姜景山認(rèn)為，兩年一次的火星沖日（火星離地球的距離最近）是發(fā)射探測器的大好機(jī)會。目前這一個(gè)月是火星探測器的發(fā)射窗口，地球上發(fā)出的飛行器能夠用最短時(shí)間、最省燃料，快速到達(dá)火星，不能錯(cuò)過。

這位老航天人承認(rèn)，去火星的過程難度大，需要克服重重困難，但是中國先期已經(jīng)進(jìn)行過充分的準(zhǔn)備和試驗(yàn)，并不是在打一場無準(zhǔn)備之戰(zhàn)，“箭在弦上，不能不發(fā)”。他也期待著中國探測器能成功奔向遙遠(yuǎn)的火星。

1.“火星探測，中國已經(jīng)萬事俱備”

：我們的探測器第一次從地球飛往火星，大家比較關(guān)注，我們事先準(zhǔn)備得怎么樣，技術(shù)上有多大把握？

姜景山：飛往火星，中間要穿過三個(gè)重力場，一個(gè)是地球重力場，我們的飛行器要脫離地球軌道，然后進(jìn)入到太陽的重力場，再進(jìn)入火星的軌道，進(jìn)入火星重力場，被火星捕獲住。這個(gè)難度比飛到月球的難度大得多，因?yàn)樵虑虮旧砭褪翘幵诘厍蛑亓龅姆秶畠?nèi)，它是地球的衛(wèi)星。

美國和前蘇聯(lián)以前之所以失敗很多次，主要原因之一，就是因?yàn)轱w行器在到達(dá)火星時(shí)沒有減速剎住車，沒有被火星軌道捕獲，失之交臂，擦肩而過，所以這個(gè)飛行速度需要克服。

在多少公里的距離之內(nèi)，以什么樣的剎車減速進(jìn)入火星軌道？入軌后，又怎么樣多次地變速下降接近火星? 進(jìn)入火星軌道后進(jìn)一步降速，降高度，用動力、氣動力方式降落到離火星面 100 米，進(jìn)行懸停、避障，尋找合適的落點(diǎn)。也就是說，諸如此類火星探測的很多關(guān)鍵技術(shù)實(shí)驗(yàn)，我們都做了，都很成功，中國人做事比較踏實(shí)，也比較穩(wěn)妥。

：也就是說，我們中國的探測器這次在火星上降落，是要用到特制的降落傘？

姜景山：因?yàn)榛鹦怯写髿?，在下降段的低端，用降落傘是好的選擇。至今，國際上降落火星曾用過兩種方式。一種是美國早先用的動力、氣動力方式降落火星，也是中國 “天問一號”要用的方式，其技術(shù)我們比較成熟。

另一種方式是氣囊方式，美國以前也用過，把探測器等設(shè)備用特制氣囊包住，降到一定過程，就把它落下去，當(dāng)它碰上火星地面，就會彈跳起來，連續(xù)彈跳一段距離后停住了，自己就把氣囊打開，然后就實(shí)現(xiàn)了跟火星的接觸。

我們已經(jīng)掌握了在外星上著陸的幾種技術(shù)。

：原來我們探月的時(shí)候，周期拉得很長，先繞月，然后才是著陸和月面巡視，但這一次去火星，是三步并作一步，把軌道繞飛和著陸、火星車星面巡視都合并到一起了，為什么這樣做？

姜景山：我們的火星探測起步較晚，中國必須有創(chuàng)新，大膽地把三步弄成一步。我們在探月上那么成功，我們已經(jīng)開始發(fā)射空間站了，航天技術(shù)條件都有了，為什么不一下蹦三步呢？載人航天的時(shí)候，中國的微波遙感，當(dāng)時(shí)和國際先進(jìn)水平相差 20 年，當(dāng)時(shí)我提出來（記者注：姜景山是中國微波遙感技術(shù)的主要開創(chuàng)者），中國的微波遙感發(fā)展要走 “跳躍式”方式，微波遙感的三個(gè)模態(tài)同時(shí)上。如果一次成功了，那就能進(jìn)入國際先進(jìn)行列。后來搭載神舟 4 號的 “多模態(tài)”成功了 , 開辟了中國航天微波遙感新紀(jì)元。

我認(rèn)為，這是一種有科學(xué)性的 “冒險(xiǎn)”，不是盲目的冒險(xiǎn)。我們現(xiàn)在火星探測三步并作一步走，也是立足于科學(xué)和技術(shù)的基礎(chǔ)上，都充分做了實(shí)驗(yàn)。去年 11 月我們就大張旗鼓地公開邀請駐外使節(jié)到河北懷來基地去參觀。今年的疫情期間，我們通訊聯(lián)絡(luò)技術(shù)做了全網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，也成功了。

這個(gè)通訊涉及的是對飛行器的軌道控制。離地球這么遠(yuǎn)的距離，我們是從來沒有做過的，但這種操控能力我們現(xiàn)在有了。探月的時(shí)候，嫦娥二號在探月任務(wù)完成后，經(jīng)過地月拉格朗日點(diǎn)奔向深空，地面測控系統(tǒng)始終抓住目標(biāo)。我們已經(jīng)有過實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。我們有一個(gè)大天線可以操縱控制它。在地面上，不光只是一個(gè)大天線，是天線陣，不僅在中國，其他的地方也有布局我們的地面天線。

我們都準(zhǔn)備好了。

2，這次火星探測，中國是完全自主的

：我們對火星上的環(huán)境了解么？怎么選擇著陸地點(diǎn)，怎么確保著陸的完整性？

姜景山：應(yīng)該講，月球沒那么復(fù)雜，對月面上的環(huán)境，我們事先基本知道。對火星，我們現(xiàn)在還不太了解，肯定和月球環(huán)境是不一樣的。我們在上面著陸，一個(gè)前提還是要基于美國和前蘇聯(lián)原來的火星探測信息，他們?nèi)ミ^以后，大概也掌握了火星的地貌狀況。另外，我們的飛行器在軌繞火星飛行的時(shí)候，包括降落的過程中，都是能夠?qū)崿F(xiàn)對火星地面的直接觀測的，在避障過程中，能直接看到下面有沒有坑、有沒有大石頭。我們的激光測高技術(shù)，在 100 米高度上，分辨率那么高，合適的降落點(diǎn)選擇沒有問題。我們設(shè)計(jì)好飛行器繞行的軌道，可以按照設(shè)計(jì)軌道降落下去，偏差很小。

：有個(gè)成語叫鞭長莫及，外行人會好奇，從地球到火星那么遙遠(yuǎn)的距離，那我們怎么對飛行器實(shí)現(xiàn)控制呢？

姜景山：我們在地面可以發(fā)出指令，操控飛行器的運(yùn)行。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，它就有相應(yīng)的程序輸入，只要接收到地面指令，它就能自己啟動自己的程序系統(tǒng)。我們只要先把這個(gè)程序都設(shè)定好、計(jì)算好。地面指令就是一個(gè)啟動指令，數(shù)據(jù)量很少，占帶寬很小。

我們在火星上面的信息數(shù)據(jù)采集，也是這樣。降到星面后，火星上的巡視器會把數(shù)據(jù)傳到火星著陸器，（再）轉(zhuǎn)發(fā)到軌道器，軌道器再傳到我們的地球上，重要的數(shù)據(jù)一定要當(dāng)時(shí)就傳回來，是慢速傳輸方式，占用帶寬可控制。

當(dāng)然，遠(yuǎn)距離會存在傳輸時(shí)差，大概是十幾分鐘左右。我們地面對探測器的操控，也是基于這個(gè)時(shí)差，這要求我們對軌道測控的計(jì)算必須很精確，時(shí)間上不能含糊。

：我們這一次發(fā)射火星探測器，有外部阻力和困擾么？

嘉賓：對我們的限制幾乎沒有，因?yàn)槲覀兺耆仟?dú)立自主的，發(fā)射船是我們的，測控技術(shù)是我們獨(dú)立的，軌道誰也都管不了，是公用的，除非他們發(fā)一個(gè)東西把我們打下來，這會引起國際公憤，而且如果真的發(fā)生了，我們也有反制的方法。在這方面，大家都彼此彼此，他們不敢。所以現(xiàn)在不存在這個(gè)情況。

：您怎麼理解火星探測的獨(dú)立自主性？

姜景山：當(dāng)前環(huán)境下，中國必須獨(dú)立自主的發(fā)展火星探測領(lǐng)域，但我覺得火星探測必須全人類共同努力，必須進(jìn)行密切合作，一個(gè)國家是做不了的。當(dāng)然，我們也不能用當(dāng)下的眼光來看待這件事情。也許幾十年、幾百年以后，整個(gè)國際社會環(huán)境、國與國的關(guān)系又會不一樣，人類的思維也在不斷變化，人類作為命運(yùn)共同體，尤其是往太空、外星上發(fā)展，都應(yīng)該相互支援。

3，火星探測第一目標(biāo)：找生命

：為什么我們國家要進(jìn)行火星探測？

姜景山：去火星，不是短時(shí)間提出的事，我們啟動月球探測的同時(shí)，眼光已經(jīng)放到火星上了。

我們中國的深空探測，第一步是月球，第二步就是火星。

火星是類地行星，它是有一點(diǎn)大氣層的，大氣密度是地球的百分之一。美國和前蘇聯(lián)探測照片顯示，火星地質(zhì)地貌跟地球很相似，也有山，也有類似河流。

再就是，這是離我們地球最近的行星。為什么沒有先考慮去金星、水星？因?yàn)樗鼈冸x太陽很近，溫度很高，離地球距離也遠(yuǎn)。還有就是火星形成的過程和形成的時(shí)間，與地球比較接近，也是 40 多億年。當(dāng)然，金星、水星和其他太陽系的行星，小行星等也是未來的（探測）目標(biāo)之一。

我們?nèi)セ鹦?，目?biāo)比較多，但排在第一位的，就是大家都關(guān)心的問題：那上面有沒有生命，我們要進(jìn)行探測?；鹦沁^去有過生命沒有？是不是過去有過，后來由于某種原因消失了？生命存在的幾個(gè)條件，看起來那里都能找到痕跡。因?yàn)樯绻嬖诘脑?，總是要跟環(huán)境做交換的，那里也有一氧化碳、二氧化碳、甲烷。

其中很重要的一個(gè)是甲烷。甲烷是生命的排泄物，本就是生命制造出來的氣體，我們地球上就很多。發(fā)現(xiàn)甲烷，說明那邊確實(shí)有某種狀態(tài)的生命跟大氣交換。歐空局、還有美國方面，都聲稱是探到甲烷了，但是也有疑議。我們對甲烷的探測也相當(dāng)重視，我專門有隊(duì)伍也在做這個(gè)工作。這次到火星上去，本來也可以用微波遙感手段試驗(yàn)在空氣中能不能探測到甲烷。

：微波遙感這么厲害嗎，能在高空當(dāng)中就探測到空氣中的成份？

姜景山：微波遙感就在軌道器上面探測火星大氣，大氣里的甲烷頻譜我們都已經(jīng)掌握了，因?yàn)榈厍蛏霞淄楸緛砭捅容^多。在這個(gè)頻譜里，我們做一個(gè)遙感器，再加上和降落到火星的地面巡視器相互合作，能進(jìn)行綜合探測。此外，還有二氧化碳、氮，這是地球最基本的要素，如果那邊也比較多，那就跟地球一樣。所以我們到那兒去，對跟生命有關(guān)的這些要素、地質(zhì)環(huán)境，火星內(nèi)部狀況等方面，我們都要盡可能探測。

：探測火星上有沒有生命存在，有什么意義么？

姜景山：人類早晚在地球上住不下去，就得移民。最近的就是火星，這個(gè)想法我覺得是對的。當(dāng)然，也有不同的聲音，說我們又不是富得錢花不完，非得去探測火星？但是人類總得要有一個(gè)長遠(yuǎn)打算，不能現(xiàn)在花光、吃光就完了，除了科學(xué)研究外，我們必須為自己的子孫后代著想。我們應(yīng)該盡可能維護(hù)好地球家園，在這個(gè)前提下，我們也應(yīng)拿出很大的精力為子孫后代謀出路。

4.“如果這次著陸成功，那就是世界第一”

：從你們專家來講，心里有沒有底，說這次我們?nèi)セ鹦牵欢〞惺斋@？

姜景山：這次探火，基本的一個(gè)收獲，就是說中國人去了，至少是證明了這個(gè)。至于上去之后有些什么樣的發(fā)現(xiàn)，這些科學(xué)目標(biāo)，我們要知道哪些是必須保的，哪些是沒辦法保的。像生命探測這個(gè)事情，我們就不能作為一個(gè)必保項(xiàng)，因?yàn)榇嬖诤芏嗟牟淮_定性。

而必保項(xiàng)，最少我們上去后能夠探測火星的地質(zhì)、地貌、火星環(huán)境、火星次表層及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)等，至少我們的相機(jī)能把圖片傳回來。我們中科院國家空間科學(xué)中心，這次主要負(fù)責(zé)火星探測的科學(xué)目標(biāo)和有效載荷配置任務(wù)，我們的隊(duì)伍也上場了。這次探測器上有好幾個(gè)相機(jī)，可以在軌道上看，可以下到火星看。這個(gè)相機(jī)的分辨率要求很高，重量很輕（小、輕、高），1 克的重量就花很多很多的錢（有時(shí)候往往就因?yàn)檫@ 1 克之差導(dǎo)致整個(gè)失?。?，一看就能看得很清楚。

：那在什么樣的程度上，可以說我們這次火星探測器的發(fā)射是成功的呢？

姜景山：要有一個(gè)基本的成功標(biāo)準(zhǔn)。我的基本成功標(biāo)準(zhǔn)是，只要探測器從火星軌道下去了，著陸了，就是最大的成功。如果沒有達(dá)到三步，不要說我們是部分成功，沒有必要。在深空探測論證委員會的專家會議上我也是發(fā)表的這個(gè)意見。我們要看到這一次三步合成一步的難度和先進(jìn)性，如果著陸成功了，那就是世界第一，不要說這三步都完成了才算成功。下去了，就是成功了。

實(shí)際上，在繞火星飛行的時(shí)候，我們的軌道器只要進(jìn)入科學(xué)的軌道，總能看到火星面貌，但是下去了會看到更細(xì)的東西，所以我希望能夠成功著陸。

5.“人類想移民火星，起碼得等上幾千年”

：現(xiàn)在世界上還沒有一個(gè)國家的探測器能夠從火星那邊返回地球，返回還實(shí)現(xiàn)不了，那人要過去，豈不是更困難？

姜景山：保守一點(diǎn)講，我覺得如果人要去火星的話，還得等十幾年。人去以后，還不能長時(shí)間停留在火星上，做少量的工作就得回來。不能在上面過夜。因?yàn)樗臏囟忍停虑蚴且粯拥?，而且，要回來還要等到火星沖日，離地球最近的 “返回窗口”，否則一去一回的時(shí)間就很長了，路程可不是一年兩年。

：那現(xiàn)在大家講的所謂火星移民，豈不是要更長時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)嗎？一萬年還是兩萬年后才可能實(shí)現(xiàn)？

姜景山：我想，至少還要等上幾千年。移民的前提是，人類從地球到火星上來回跑，走得已經(jīng)相當(dāng)成熟了，技術(shù)成熟了。移民就意味著，人到那兒就可以不用回來了，在那里創(chuàng)造人居條件，至少得把那邊的人類村建好了，大家可以批量過去，比如說至少一次去幾十人，那才叫做移民。

這里，很重要的問題是未來運(yùn)載的速度。如果能在幾天內(nèi)到達(dá)火星，那就離移民近了。美國等國，已經(jīng)提出研制以新能源為動力的運(yùn)載，其速度至少比現(xiàn)在的運(yùn)載快幾個(gè)數(shù)量級。能用幾天時(shí)間去火星的運(yùn)載的研究，我國著名的科學(xué)家、原中國工程院院長宋健院士在其專著中，早已提出過要研究一種速度接近光速的運(yùn)載。這需要很長的時(shí)間，但我覺得現(xiàn)在至少應(yīng)盡快啟動研究。

：也有科學(xué)家提出改造火星居住環(huán)境，火星那么大，怎么樣能夠改造星球上的環(huán)境？這個(gè)環(huán)境是指大的環(huán)境，還是指微觀的環(huán)境？

姜景山：改造火星整體環(huán)境，供人居住，幾乎是不現(xiàn)實(shí)的，但我認(rèn)為，目前先進(jìn)行微觀環(huán)境的建設(shè)。因?yàn)橄乱徊轿覀儨?zhǔn)備要建一個(gè)月球站，月球沒有大氣，人在上面，必須有生命保障條件，得有氧氣?；鹦巧峡赡苡猩倭垦鯕?，至少可以從低密度的大氣里邊提取氧氣，從火星表層中提取水，這些成份的規(guī)模也許比月球大。條件成熟以后，在火星上也可以建火星站，供人類居住。