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年是中国航天由大变强的关键转折年，长征五号B遥一火箭首飞标志着我国成功掌握20吨级航天器发射能力，新一代载人飞船首飞标志着我国在全球范围内率先完成载人登月用新飞船首飞任务，北斗三号卫星导航系统完成全球组网，完成上述三项任务的国家放眼全球仅有我们一家，但这并没有完，因为今年的航天爆发才刚刚开始。长征五号遥四运载火箭点火升空公元年7月23日12时41分，伴随着巨大的轰鸣声长征五号遥四运载火箭搭载着天问一号飞船点火升空，此次发射是我国首个自主实施的火星探测任务，里程碑意义堪比东方红一号卫星、神舟五号载人飞船，同时也是长征五号运载火箭第一次应用性发射。第一次应用性发射的长征五号刚一开局就碰上了高难度地火转移轨道任务，地球火星每隔26个月会有一段为期半个月左右的发射时间窗口，为了缩短奔火旅程天问一号被安排在了一条短转移轨道上，同时利用长征五号氢氧二级的高比冲优势，采用近地停泊轨道滑行至指定位置后二次点火直接将天问一号飞船送入地火转移轨道的方案。长征五号氢氧二级助推天问一号直飞火星这一高难度科目即便是美国航天也丝毫不敢马虎，他们在执行此类发射任务时也曾多次推迟，其难度主要体现在零窗口发射以及火箭末级的长时间太空滑行。器箭成功分离的长征五号遥四火箭用完胜战绩向国人交出了一份满分答卷，接下来就要看天问一号的深空表现。正在向火星进发的天问一号飞船旨在通过一次任务实现对火星的“绕、落、巡”三大探测目标，概括而言地外星球探测手段由易到难分别有飞掠探测、环绕探测、着陆探测、巡视探测、采样返回、载人登陆，针对火星目前人类掌握的最高级探测手段是巡视探测。美国好奇号火星车纵观人类火星探测历史从来没有一个国家能够在第一次自主探测任务中一步实现绕、落、巡三大目标，再来看看我们的起点，以年美国成功实施水手4号火星飞掠探测为时间基准计算，在这一领域我们整整迟到了五十六年，截至目前成功实施火星巡视探测的国家放眼全球也只有美国一家。那么，中国航天究竟凭什么敢于挑战世界最高难度的火星探测科目？天问一号是人类迄今最大吨位火星飞船一步跨过美国近半个世纪火星探测历程天问一号的过人之处主要体现在工程能力与科学能力上，就工程能力而言，第一次自主探火即实现“绕、落、巡”已属前无古人，同时凭借重达5吨的发射质量成为人类有史以来飞向火星的最大吨位飞船，一举刷新世界纪录。此时此刻大家应当更能体会为什么航天圈子里常说“火箭运力有多大，航天舞台就有多大。”，如果没有长征五号强悍的高轨运力加持，那么我们在火星探测领域还要再摸索更长时间。长征五号强悍的高轨运力得益于氢氧二级在此之前人类最大吨位火星飞船是苏联的火星2号与火星3号，其发射质量是4.65吨，而美国好奇号、毅力号两辆火星车发射质量皆不足4吨。天问一号的火星登陆能力更是做到了极致，就在飞船发射前夕着陆巡视器等比例模型公开亮相，据相关人员介绍着陆巡视器重量总和是公斤，其中火星车重公斤，这一重量已经是世界第二，既然是第二为何说是做到了极致呢？天问一号着陆巡视器总重1.3吨这还得从火星登陆方式上来看，美国累计进行了7次成功登陆，其中使用动力下降+着陆腿缓冲软着陆的飞船最大质量只有0.5吨左右，包括索杰纳号、勇气号、机遇号三辆火星车在内全部使用气囊缓冲着陆器，最大质量的好奇号使用的是多发动机组合的天空起重机吊篮式着陆，而我国天问一号着陆巡视器1.3吨的动力下降+着陆腿缓冲软着陆质量远高于美国同类型着陆任务。美国动力下降+着陆腿登陆质量仅0.5吨天问一号火星车的工程能力也不容小觑，该车升起桅杆的总高度1.85米，采用箱板式车体，搭载的科学载荷敏感部件全部布置在箱体内以达到保护功效，同时车身应用主动悬架技术，车体可以根据道路情况进行升降，在倾斜坡度路面可降低底盘增强行驶稳定性，遭遇乱石复杂路况可抬高车体，有利于提高危险路段的脱困能力，而美国火星车全部基于被动悬架设计，危险路段脱困能力弱。基于主动悬架技术天问一号火星车在直线行驶、原地转向、行进间转向三大基础行驶功能基础上又拓展了蟹行、蠕动功能，进一步提高危险路段机动脱困能力，而这两大性能又是美国同行所没有的。在行驶速度上天问一号火星车也已经与最先进的好奇号核动力火星车旗鼓相当，达到米/时，优于勇气号与机遇号的米/时。我国火星车机动能力优于勇气号与机遇号绕、落、巡火星探测任务中的“巡”代表着当今世界火星探测领域里的最高难度科目，天问一号火星车优于勇气号与机遇号的巡视工程能力就是一步跨过美国近半世纪探火历程的最有力证据。机遇号任务时美国火星探测史已有半世纪科学探测任务多也是天问一号之所以这么重的原因之一，它一共搭载了13个科学载荷，其中环绕器搭载有中分辨率相机、高分辨率相机、次表层探测雷达、矿物光谱分析仪、磁强计、离子与中性粒子分析仪、能量粒子分析仪，共计7个科学载荷。火星车则搭载有地形相机、多光谱相机、火星车次表层雷达、火星表面分析仪、火星表面磁场探测仪、火星气象测量仪，共计6个科学载荷。天问一号搭载的高分辨率相机对于第一次大家通常习惯了“突破有无”、“零突破”这种说辞，但天问一号绝不仅仅是突破有无这么简单，而是直接问鼎世界巅峰。13个科学载荷之一由中科院长春光机所研制的火星高分辨率相机分辨率最高可达0.5米，这一指标超过了美国“火星全球勘探者号”、欧空局“火星快车号”，与最先进的美国“火星侦查轨道号”同居世界领先水平，至于六年前印度曼加里安号绕火卫星引以为傲的高分相机在天问一号环绕器面前只有被碾压的份。火星高分相机在环绕器上的安装位置按照既定计划天问一号将在火星乌托邦平原地区着陆，但我国并没有掌握一手的火星地形地貌资料，只能从公开渠道获得并不完整的部分资料数据。天问一号对此采用的策略是，在抵达火星环绕轨道后先绕飞两个月，在此期间通过搭载于环绕器上的火星高分相机对着陆区进行高精度成像探测，尔后实施着陆行动。天问一号不论是绕落巡火星的工程能力，还是13个载荷的科学探测能力都无一例外直接瞄准世界最先进水平。天问一号绕火星运行轨道没有谁可以随随便便成功，嫦娥探月奠基功不可没前文提到天问一号着陆巡视器有世界领先的1.3吨动力下降+着陆腿缓冲着陆能力，为什么它可以这么强悍？天问一号着陆器N变推力发动机因为大力出奇迹，着陆器使用的YF-36型N变推力发动机就是基于嫦娥三号/四号使用的N变推力发动机针对火星环境升级而来的大喷管改良型，与之对比美国火星登陆器使用的都是小推力发动机的并联组合。美国没有配套的火星着陆大推力发动机多发并联组合存在先天设计风险，反推发动机数量增多意味着任何一台发动机出现推力异常故障都将导致飞船的彻底倾覆，印度月船-2号高速撞击月面的事实已经印证了这一点。印度月船-2号高速撞击月面后来随着勇气号、机遇号火星车重量的水涨船高，美国航天专家发现原有着陆模式无法适应新任务，所以才不得不选择气囊缓冲着陆。气囊缓冲着陆气囊缓冲着陆器同样存在设计缺陷，其对载荷的抗冲击要求更高，滚落火星表面的火星车将遭遇多次大冲击翻滚，着陆质量也有很大限制，而且无法准确感知着陆区地形条件，难以实现精准着陆。基于上述劣势更大发射质量的好奇号才选择了天空起重机的着陆方式，而这一着陆机构同样摆脱不了多发并联的组合模式，风险问题依然存在。我国N变推力发动机由航天科技六院负责抓总研制，是一种挤压式流量定位双调开环控制的变推力发动机，真空实际推力-1N，真空比冲秒，启动次数30次以上，累计工作时间大于秒。它不仅能用于星球着陆任务，也能用于航天器轨道控制、姿态控制，实则是一款身兼数职的多功能发动机。嫦娥三号探测器该型发动机最早始于嫦娥三号任务，当时要求在5年内完成变推力发动机研制任务，而通常一款全新型号的发动机需要十年。更重要的是这是我国第一款具备深度节流能力的变推力发动机，一无外援，二无经验，面对重重困难研制团队选择了自主创新路线，他们从基础理论研究入手确立发动机各分系统设计指标，在一次又一次的失败中趟出了一条成功之路。到嫦娥四号任务时由于月背地形更加崎岖复杂，对变推力发动机提出了更高要求，六院变推力发动机团队再次请缨，这次他们继续增强了发动机工况可靠性，通过一系列改良升级发动机比冲由秒提高至秒，就是这两秒提升使得嫦娥四号有了充足的动力余量完成人类首次崎岖复杂地形的地外星球登陆任务。嫦娥4号N变推力发动机更值得称道的是，站在嫦娥三号、四号连续成功落月的基础上，天问一号着陆器凭借YF-36型N变推力发动机的强大推力也具备火星上空米悬停及横向机动能力，我们有理由相信这款金牌动力将在火星着陆任务中继续发挥中流砥柱作用。火星探测继承嫦娥探月工程的远不止变推力发动机，助力嫦娥四号完成月背复杂崎岖地形登陆的机器视觉系统同样将在天问一号动力下降段发挥关键作用。这套系统包括导航惯性测量单元、激光测距、微波测距、光学成像、激光三维成像等传感器，它们将获取的火星表面地形数据注入计算机系统形成机器视觉感知能力。嫦娥四号机器视觉系统火星距离地球最远四亿公里，双向通信延迟长达数十分钟，不可能依靠地面测控实时干预着陆行动，因此需要更强的自主能力，机器视觉系统的态势感知能力就显得更为重要。除此之外，伴随嫦娥探月工程实施建立起来的深空测控网目前已经覆盖全球90%测控弧段，它分别依托喀什深空站、佳木斯深空站，以及部署在阿根廷的内乌肯深空测控站。为了进一步增强火星探测器数据上行下行传输能力，喀什深空站基于35米口径射电天线新建了我国第一个深空天线阵，中科院国家天文台天津武清站也新建了GRAS-4型70米口径射电天线，就在天问一号发射前夕我国深空测控网再次实施了针对欧空局火星快车探测器的测控试验，进一步验证火星任务测控实力。测控网对欧空局火星快车进行跟踪试验我国深空测控网的视野早已超越火星，最远已经可以触达太阳系边缘。年6月11日位于东北的佳木斯深空测控站使用66米口径射电天线对47亿公里外飞越冥王星的新地平线号进行了多普勒速度测量。年10月至年8月，佳木斯与喀什两座深空测控站又对美国朱诺号木星探测器进行了开环测量试验。我国综合测控水平已经跻身世界第一梯队前列位置，测控能力显著提升为月球、火星、小行星，乃至着眼整个太阳系的天问工程实施奠定了坚实基础。佳木斯深空站你若盛开蝴蝶自来，迅速壮大的中国航天朋友圈当长征五号遥四运载火箭推出火箭垂直总装厂房那一刻，人们发现火箭整流罩成了大花脸，上画面满了各式各样的logo图案。实际上早在嫦娥三号、四号任务时火箭整流罩就已经开始大花脸模式，只是缘于长征五号5米级直径箭体导致整流罩面积相较于以往要大得多，这些logo才显得更加醒目。包裹天问一号的长征五号火箭整流罩上面这些logo分别代表着参与天问一号火星探测任务的四家机构，分别是欧洲空间局、法国国家空间研究中心、阿根廷国家航天委员会、奥地利科技促进署。欧空局和法国国家空间研究中心提供激光诱导击穿光谱仪，该装置是天问一号火星车火星表面成分探测仪的组成部分，它能在7米范围内对探测区域发射脉冲激光，能以3万度高温将样本等离子体化，尔后光谱仪针对等离子体进行分析研究。这是一种非接触式探测手段，即便没有机械臂挖取样本也能对火星物质进行深度探查，美国好奇号火星车也装备了同款激光诱导击穿光谱仪。高能脉冲激光发射艺术渲染图奥地利科技促进署则提供天问一号环绕器使用的磁力仪，阿根廷看起来像是来打酱油的，但实际上人家也是不可或缺，毕竟我国唯一境外深空测控站就是在他们地盘上盖起来的。有效利用国际伙伴的先进技术、资金加速航天工程发展是互惠互利的双赢多赢模式，美国航天就非常善于此道。欧空局与美国合建韦伯空间望远镜由美国主导的国际空间站聚集了世界几乎除中国以外的所有航天大国，耗资百亿美元的韦伯空间望远镜欧空局是即出钱又出力。如今NASA正在推进的阿尔忒弥斯载人登月计划又在招兵买马，前不久刚与日本签约，俄罗斯也非常想进入阿尔忒弥斯计划，但迫于资金与技术压力，入伙资质正在逐渐丧失。想要在世界航天界一呼百应首先要做到的就是打铁还需自身硬，近年来随着中国航天实力突出猛进，可提供的世界级航天平台也是越来越多。天宫空间站天和号核心舱嫦娥四号代表人类首登月背，唯一价值属性特别强烈，德国、瑞典等国相继加盟。明年年初即将发射的天宫空间站更是极具诱惑，因为它完全可以与国际空间站比肩，实验载荷机柜数量十分可观，同时基于时间后发优势天宫在诸多领域可以实现反超引领。去年我国载人航天办公室与联合国外空司联合发布了第一批入选天宫空间站合作名单，想要参与天宫空间站的外国友人可以说是非常多，因为天宫有别于国际空间站的门户有别，而是一种全新的管理体制，只要同意向中国共享成果的管理要求，并通过项目审核，即可免费上天，目前正在推进研制的嫦娥六号项目也提供了国际合作搭载空间。我们正在成为规则制定者针对美国阿尔忒弥斯载人登月计划的招兵买马，我们也针锋相对地提出未来十年月球上将出现由中国主导多国联合参与的月面科研站。任何合作实力是第一位的，比如今年这个火星大年，欧空局与俄罗斯联合研制的火星探测器由于减速伞故障被迫延期至两年后，美国毅力号火星车也已经多次宣布推迟，眼瞅着剩余发射窗口即将所剩无几，可见能提供深空探测的工程平台对于人类而言是多么稀有宝贵。向火星进发的天问一号展开对地通信天线宇宙何其广大，人类何其渺小，星辰大海的探索需要人类以百年、千年，甚至万年为单位计算，持之以恒地去推进。回顾人类历史最善于百年大计、千年大计的就是我们，比如历经两千多年建设的万里长城，还有历经数千年岁月沧桑至今受用的京杭大运河、都江堰，如今天问一号飞船又在用实际行动告诉世界谁才是人类真正的灯塔。

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