2月10日晚间，农历腊月廿九，我国首次火星探测任务“天问一号”探测器成功实施近火制动，开启环绕火星之旅。
火星是离太阳第四近的行星，与地球邻近且环境最为相似，因此也成为人类开展探测的首选目标。2020年7月23日，我国在文昌航天发射场用长征五号遥四运载火箭成功发射“天问一号”探测器，迈出独立开展行星际探测的第一步。按照计划，此次火星探测任务将实现对火星的“绕、着、巡”，即火星环绕、火星着陆、火星表面巡视。总质量约5吨的“天问一号”探测器由环绕器和着陆巡视器组成，其中着陆巡视器包括进入舱和火星车。
这是国家航天局公布的“天问一号”在距离火星约220万公里处获取的首幅火星图像及火星部分标志性地貌标示。
“天问一号”已经离家200多天
飞行里程4.75亿千米、飞行时间长达202天……“天问一号”过五关斩六将，经过地火转移的漫漫旅途后，终于来到火星附近。
从地球到火星的转移，是漫长的旅行。火箭发射是整个飞行过程的开始，在发射37分钟后，探测器与火箭于距离地面670千米的太空中进行分离，探测器至此进入地火转移轨道，在地火转移轨道上经历了200多天的飞行，在地面测控系统的支持下，经过4次中途修正和1次深空机动修正飞行路径，环绕器逐渐飞近火星，进入火星捕获段。
火星捕获是火星探测任务中技术风险最高的环节之一，由于火星捕获窗口的唯一性，捕获的成败决定了火星探测任务的成败，这一点火制动过程通常被称为“踩刹车”。刹车踩早了，探测器速度降得过低，探测器会坠入大气层撞击火星；刹车踩晚了，探测器就不能被火星引力捕获，从而飞离火星。
来自中国航天科技集团八院的专家告诉记者，为了精确把控发动机的开关时机，环绕器在近火捕获前需要由地面对其进行精确的无线电测定轨，再结合从环绕器上光学自主导航仪器中获得的导航信息，得到环绕器和火星的精确位置。制动过程中，依靠可靠的捕获策略，确保探测器处于“捕获走廊”直至进入环火轨道。
此外，制动过程还需要火星环绕器具备自主应对器上突发故障能力，确保火星捕获过程开展顺利可靠。
2020年7月23日12时41分，我国在海南岛东北海岸中国文昌航天发射场，用长征五号遥四运载火箭将我国首次火星探测任务“天问一号”探测器发射升空。
二月探火为何“三星照”
从2月9日至18日，阿联酋“希望”号探测器、中国“天问一号”探测器、美国“毅力”号火星车会陆续飞抵火星。为何它们都在此时探测火星？专家解释说，这与航天器飞赴火星的窗口期和3国探测火星的规划不谋而合有关。
俄罗斯知名航天历史学家亚历山大·热列兹尼亚科夫对记者说，作为紧邻地球的行星，火星一直吸引着人类。除了用天文望远镜观测外，探测器是研究火星的主要工具。“火星与地球的相对位置，使发射火星探测器的时机选择非常重要，当二者距离较近时派遣探测器远赴火星，可减少探测器能耗，缩短其抵达火星的时间。此前最近的火星探测器发射窗口期是2020年7月，因此阿联酋、中国、美国的探测器先后于当月出发，抵达火星的时间也相近”。
全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩对记者说，此次派遣航天器飞赴火星的3个国家，其空间探测规划各异，启动本次任务的时间却不谋而合。
发射航天器探测火星的窗口期每隔26个月有一次，美国差不多每隔26个月便有与火星研究相关的航天发射，派遣“毅力”号火星车飞赴火星是既定任务，其启程时间就在最近的一个发射窗口期，即2020年7月底。
庞之浩表示，中国空间探测实现了跨越式发展，将在首次考察火星过程中即完成“绕、落、巡”三步，这在人类火星探测史上是前所未有的。中国空间探测技术在不断积累中日臻完善，如今探测火星的各项条件已经成熟。
热点透视
中国为何要去探火星
据公开数据统计，迄今为止，人类探火成功率很低。纵观人类航天史，目前也仅有美国和苏联两国曾成功实现登陆火星，其中美国的“海盗1号”和“海盗2号”火星探测器还是迄今为止唯一成功实现通过一次发射完成环绕探测和着陆探测的探测器。
然而，尽管探测火星是一项高风险的尝试，却依旧让传统航天大国，乃至非传统航天大国“趋之若鹜”,自1996年以来，几乎每隔26个月的发射窗口都有火星探测器发射任务。而在2020年夏，就有三个国家的探测器会前往火星，分别是阿联酋“希望”号、美国“火星-2020”和中国“天问一号”火星探测器。
既然探测火星“胜算”不到一半，为何如此多的国家还甘愿不计代价“放手一搏”呢？基于人类目前对于火星的认知，火星是离地球较近且环境最相似的星球，一直是人类走出地月系统开展深空探测的前站。在太阳系八大行星中，火星的物理性质和化学性质与地球最为相近。火星主要是由硅酸盐岩石构成，有类似地球的岩石地表，火星拥有高山、平原和峡谷等多种地形，南方充满陨石撞击的高地和峡谷，北方则多是被熔岩填平的平原，由于自转轴倾角和自转周期与地球相近，火星的昼夜长短及四季变化与地球也几乎一样。
在以往探测中还发现，火星的表面似乎有液态水流过的痕迹，现有证据已表明有水冰存在于火星极地的冰盖中。水的发现，引发人们对于火星上是否存在孕育生命条件以及火星是地球过去还是地球未来的思考和探索，研究火星对认识地球演变具有非常重要的比较意义。此次中国首次火星探测任务，就将对火星的形貌与地质构造特征、火星表面物质组成以及火星表面土壤特征与水冰分布展开研究。
此外，与地球类似的是，火星周围也有大气层。区别在于，火星大气层的主要成分是二氧化碳，但是人类可以通过技术手段对火星进行“改造”，从火星大气的二氧化碳中提取出氧气，这样不仅可以供人类呼吸，还能制成燃料。
而基于人类现有的航天能力，飞行时间8~10个月即可抵达火星，相比更远的行星和卫星，探索火星的任务周期更为合适。
因为火星与地球有着较为类似的环境和探火不超越人类技术能力的可行性，使得未来机器人或人类驻守火星成为可能。在载人登月之后，火星也被公认为是人类登陆行星的首选目标。
欧阳自远院士认为，通过技术手段提高火星表面温度、增加火星大气浓度等，可以进一步建立火星表面生态环境。
不过，将火星改造成为一个适宜人类生存与发展的绿色星球的远景是美好的，但具体实施起来十分不易，工程之浩大、成本之巨、技术难度之高、科学实施步骤之复杂是可想而知的，可能需要人类通过几个世纪艰苦卓绝的努力才能实现。
延伸阅读
专家揭秘：
“超级望远镜”1.9亿公里外的高难度观测
“‘天问一号’即将抵达火星，VLBI测定轨也到了关键时刻，2月1日至28日我们连续观测28天，以支持完成近火捕获等各种动作。”中国科学院上海天文台研究员刘庆会近日在微信朋友圈悉数最新工作并附上一句：每到紧张时刻就睡不着，各种可能的问题思来想去。
刘庆会之所以如此“紧张”，是因为自2020年7月23日开启中国首次自主火星探测任务以来，历经数月“宇宙旅行”的天问一号探测器即将进入挑战重重的关键阶段——火星捕获。
2020年10月1日，国家航天局发布我国首次火星探测任务“天问一号”探测器飞行图像。探测器上的五星红旗光彩夺目，呈现出一抹靓丽的中国红。
“天问一号”飞行过程包括发射、地火转移、火星捕获、火星停泊、离轨着陆和科学探测六个阶段。目前“超级望远镜”团队已经观测(天问一号探测器)近100次，测量精度达到0.1纳秒，其观测的方式是：通过中国四地组成的“超级望远镜”，以银河系外的射电源为参照物，探知天问一号探测器的位置。他解释，这些射电源经天文学家几十年的测量，位置准确已知，并且与天问一号探测器相对于地球的方位角离得较近，其信号几乎以同路径到达“超级望远镜”，有利于我们计算探测器到达地球望远镜的各种延迟。
“超级望远镜”实际上名叫VLBI(VeryLongBaselineInter-ferometry，甚长基线干涉测量)测轨分系统，由北京站、上海站、昆明站和乌鲁木齐站以及位于上海天文台的VLBI数据处理中心组成，这样构成的望远镜相当于把几个小的望远镜联合起来，在分辨率上达到口径为3000多千米的巨大综合口径射电望远镜的观测效果。VLBI测轨分系统参与“天问一号”地火转移、火星捕获、离轨着陆等阶段的测定轨任务。
刘庆会说，“高精度测定轨”十分重要，比如从地球出发到火星的巡航阶段，火星在“跑”，地球也在“转”，探测器还要往前“跑”，因此需要每时每刻准确地知道探测器相对于地球、相对于火星的位置，才能确保探测器一直往火星方向飞，而不是飞偏了。
文图 | 综合新华社、中新网