天问一号：连本带利奔火星

本文来自微信公众号：老和山下的小学僧（ID：gh_586564bb7b66），文章首发时间：2021年6月19日，作者：老和山下的小学僧，头图来自：视觉中国

一个老生常谈的问题：为什么要去火星？

因为火星是全宇宙人类最容易到达的行星，不去火星还能去哪？咱们不妨从这个角度重新认识一下太阳系八大行星。

好大的太阳系

第一颗，水星。

1973年发射的美国“水手10号”，飞掠水星（相当于路过）拍下了人类第一张近距离的水星照片。2004年发射的美国“信使号”，是唯一绕着水星转圈的环绕探测器。2018年发射的欧洲和日本合作的贝皮科伦布号探测器，预计2025年到达水星，目前还不算数。

这仨就是目前为止人类探测水星的全部，一个早已远离，一个已经坠落，最后一个还在路上。

第二颗，金星。

这是苏联表演的舞台，从60年代开始连续向金星发射了多个Venera系列探测器。

1966年的3号尝试登陆金星，最终坠毁，成为人类第一个落到另一个行星的航天器。

1967年的4号在金星大气层里工作了93分钟，还没落地就失联了，只传回部分数据。

1970年的7号降落金星表面，但受损严重，仅微弱工作了23分钟，传回了温度气压等数据，成为第一个传回金星内部数据的探测器。

1975年的9号登陆后工作了53分钟，是第一个从金星传回黑白照片和科学数据的探测器。

1982年的13号登陆后工作了127分钟，传回了第一张金星地表的彩色照片。

苏联一直干到了16号，就像自杀式冲锋似的，为人类获取了大量金星资料。

相比来说，美国要逊色的多，水手2号、5号、10号只是飞掠金星，在几千公里外一闪而过，只有1978年发射的两个先锋金星号才算得上正宗的金星探测器，其中一台还释放了着陆器在金星表面工作了68分钟。

进入80年代末期，美苏争霸结局已定，金星探测开始回归科研属性。

1989年美国发射的“麦哲伦号”探测器，对金星进行了详细探测，于1994年到期坠毁，成果丰硕，被誉为最成功的金星探测器。

2005年欧洲发射了首个金星探测器“金星快车”，于2015年1月寿终正寝，同样收获满满。

2010年日本发射了首个金星探测器“拂晓号”，也是亚洲首个金星探测器，虽然一路故障，几经折腾，延迟五年后终于还是进入了金星轨道，成为目前唯一在轨的金星探测器。

不算美苏争霸的面子工程，金星探测器主要就这仨。

不过有好消息，2021年6月美国宣布在2028年~2030年发射两颗金星探测器，欧洲不甘人后，没隔几天也宣布2030年后发射金星探测器。此外，人类就没有更多的金星探测计划了。

最后说个小知识，金星是天空中最亮的星星（最亮的恒星是天狼星），经常出现在月亮旁边，肉眼就能找到。

第五颗，木星。

可能因为对金星用力过猛，导致冷落了木星。不算70年代飞掠木星的几颗美国深空探测器，人类第一个真正的木星探测器是1989年美国的“伽利略号”。

2003年伽利略号到期坠毁，然后直到2016年，美国朱诺号探测器进入木星轨道开始接班，成为人类第二个木星探测器，目前计划延期服役至2025年9月，是当前唯一的木星探测器。

不过未来木星会比金星热闹。先是欧洲的木星冰月探测器，计划2022年6月发射，接着是美国欧罗巴快帆号木卫二探测器，计划2025年前发射，再后面是中国2030年木星探测计划，都是十年内的事。

朱诺号拍摄了大量壮观的木星照片，有兴趣的同学可以上网找找。

第六颗，土星。

土星比木星还要冷清，不算一掠而过的探测器，真正的土星轨道探测器只有1997年美欧17国合作的卡西尼号，堪称人类最豪华的地外行星探测项目。卡西尼号前后二十年提供了详尽的土星资料，最终于2017年耗尽燃料，坠入土星，结束了辉煌的一生。

另外，木星土星是气态行星，登陆就别想了，不如欣赏一下本僧用手机加镜头改装的土装备拍摄的土星照片吧。

第七、八颗，天王星、海王星。

大名鼎鼎的旅行者2号，1977年发射后就一路往太阳系外面跑，沿途经过了木星、土星、天王星、海王星，随后奔向太阳系边缘。

非常惭愧，旅行者2号是人类唯一到访过天王星和海王星的探测器，这匆匆一瞥还是三十年多前的事情。

第九颗，不是冥王星。

冥王星虽然已经不是行星了，但旅行者2号还是去看了一眼。此外，2006年美国发射的“新地平线号”探测器，以人类有史以来创造的最快速度冲向太阳系边缘，2015年飞掠冥王星，首次捕捉到了大量冥王星的细节，拍下了迄今为止最为清晰的冥王星照片。

以前认为过了冥王星就算出太阳系了，但现在的太阳系和曾经小学课本上的太阳系大不一样。

冥王星待的地界叫“柯伊伯带”，那地方发现了大量的小行星，居然还找到一颗质量比冥王星多27%的小行星，于是冥王星就被九大行星开除了，成了一颗矮行星。

人类对这里的世界所知甚少，柯伊伯带到底有多少小行星还是个未知数。有意思的是，2016年科学家发现那里有6颗天体运行轨道异常，它们拥有相同的倾角，且朝向太阳的角度相近，这种情况自然形成的几率只有0.007%，99.993%的可能是受到附近一颗大质量行星的影响。

经过计算，这颗未知行星有地球质量的10倍，公转周期1~2万年，极有可能是太阳系的第九大行星。

但因为离太阳太远，几乎没有反光，在一片漆黑而宽广的柯伊伯带，找到这颗10倍地球质量的行星，比大海捞针还难，就目前的技术水平看，是没啥指望的。

虽然太阳光照不到这里，但太阳引力仍能支配这里，所以柯伊伯带依然属于太阳系，因此太阳系应该长这样才对。

这还没完，你可能还听说过柯伊伯带外面还有一个“奥尔特云”，面积大的吓人，得用光年做单位，居然也归太阳系管！

扯远了。总之，太阳系大的离谱，疑似有九大行星，但去老九那串门，想都不敢想。老八、老七的地盘，也只有中美敢吹个牛，说二十年内去看看。老六、老五热闹些，至少排上时间表了。老二、老大脾气太倔，如今门前冷落，偶有访客。只有老四，集万千宠爱于一身。

顺道嘲讽一下那些吊打外星人的电影：就这情况，外星人若有能力来到地球，人类还打啥打？另外，既然人家都跨越星系了，还占领地球图啥？地球上这点石油够他们飞一趟的油费吗？

独得恩宠的火星

我们把前面提到的探测器分三类：

第一类是在太阳系里乱跑乱窜的，居无定所，比如小行星探测器。这哥们儿顺路也能探测行星，但毕竟是兼职，停留时间短，干活少，不在讨论范围之列。

第二类是围绕行星转圈的，相对固定，一般叫环绕探测器、轨道探测器等等。想深入研究行星，就得靠这个，天天干活。

第三类是直接把家伙式儿送到行星表面，贴身干活。为了方便称呼（但不严谨），咱们把不能移动的叫着陆器，比如在火星打洞的美国“洞察号”，把能移动的叫巡视器或火星车，比如好奇号、毅力号、祝融号。

从实施难度来讲，巡视器>着陆器>环绕探测器。

水、金、木、土、天、海六大行星，再加冥王星，仍在运行的只有2个环绕探测器。而火星呢？不好意思，仍在运行的有8个环绕探测器、3辆火星车、1台着陆器。你说，地球人是不是太偏心了？

从六十年代至今，人类一共发射了49次火星探测器（包括失败的），其中41次是美苏的杰作，虽然苏联的18个全部失败了。

美苏之外的8次发射分别是：

俄罗斯：1996年发了一个，掉回地球，没成。2011年又发了一个，顺带捎上了中国首个火星探测器“萤火一号”，掉回地球，没成。

日本：1998年发了一个，直接打飞，没了。

欧洲：2003年用俄罗斯火箭发了一个，成一半，丢一半，成的那半运行至今。2016年再用俄罗斯火箭发了一个，再成一半，再丢一半，成的那半运行至今。

印度：这位哥可得好好说道说道。

2013年印度成为亚洲第一个成功发射火星探测器的国家，对印度而言确实是很大的突破，至少超过了外界预期，西方媒体纷纷捧场，甚至被《时代周刊》评为年度最佳发明。一时间，印度航天事业大有吊打中国的势头。

实际上，印度火星探测器的科学载荷只有15公斤，就这点设备，你就不能指望干出什么大事，属于典型的网红景点打卡，抢个头彩。对比中国天问一号，光是一台高分辨率相机就有43公斤。

可即便火星打卡，美国人也是出了大力气帮忙的，印度探测器的深空测控全是NASA做的，相当于印度造了车，美国帮忙开到了火星，而后者才是火星探测的主要门槛。

航天虽然是高科技，但在美欧玩熟的领域，只要你舍得出钱，沾点光还是没问题的，印度就是凭这个屡次抢在中国前头，不亦乐乎。

印度不但摘下了亚洲第一个探测火星的帽子，探月也撵着中国脚步追，为了拿下一箭多星世界记录，向太空撒了一筐土豆（一箭104星），还打算赶在中国前头于2020年发射太阳探测器，后来据说是因为疫情导致外国专家进不来，黄了。

这么说印度实在太过分了，得反驳几句：“承认印度领先有这么难吗，如果自身没有实力，你以为有钱就可以为所欲为吗！”

阿联酋：2020年也成功发了一个火星探测器，大小和印度差不多，探测器从设计到制造均在美国且由美国人包办，发射在日本，用的日本火箭，阿联酋参与了研制过程以及后期的形象大使工作。可见，有钱真的可以为所欲为。

中国：2020年“天问一号”绕火星成功，携带的“祝融号”火星车登陆火星成功。

看得出来，在“绕火星”这事儿上，中美欧是靠谱的。不过在“登火星”这事儿上，欧洲人就只有一半靠谱了。

2003年丢的那一半就是一台着陆器，猎兔犬二号，降落时砸懵了，四个太阳能电池板没有完全打开，导致天线无法展开，失联。2016年丢的那一半也是一台着陆器，下降速度过快，直接坠毁，炸了。

欧洲人民不信邪，决定2018年再发一个，后来推迟到2020年，再后来推迟到2022年……原因是降落伞不给力，担心又把着陆器砸坏了。没办法，最后还是求助美国老大哥吧，美国Airborne Systems公司接下了这个活，终于，2022登火星可以妥了。

目前为止，人类成功把10个探测器送到火星地表，其中9个是美国的，包含4台着陆器（不会移动）和5台火星车（可移动），还有1个是中国的。

新人报道

七大行星罗列得差不多了，最后按国别重新捋一捋，感受一下中国在行星探测领域的地位。

美国：咱就不比了。

欧洲：2个火星环绕探测器，仍在轨，2台火星着陆器，均失败；1个欧日合作水星探测器，在路上；1个金星快车，已退役；1个美欧合作土星探测器，已退役。

日本：1个欧日合作水星探测器，在路上；1个金星探测器，仍在轨。

中国：1个火星环绕探测器，1辆火星车。

印度、阿联酋：到此一游。

俄罗斯：计划中。

这么按数量粗粗一算的话，美国第一梯队，欧洲第二梯队，中日第三梯队，其他人就不用排队了。注意，这说的是行星探测，不包括其他空间探测、月球探测和地球卫星。

听到还在“第三梯队”，都没能把欧洲摁下，很多人心里要犯嘀咕了。没事，咱有办法混到第一梯队：按体重算。

连本带利还历史债

体重对航天器而言，就像一个国家的GDP，体量在很大程度上决定了很多事情。在火星这事儿上，谁是胖子，谁是瘦子？

欧洲，两台。

2003年的“火星快车”，总重1120公斤，开荒之旅，功能比较齐全，带了7台设备，合计113公斤，外加一台失联的着陆器60公斤。

2016年的“微量气体轨道器”，总重4332公斤，着重分析火星大气的甲烷和微量气体，功能非常专一，设备合计113.8公斤，外加一台爆炸的着陆器577公斤。

美国，实在有点多。

先说在火星落地的：2011年发射的火星科学实验室飞船和2020年发射的毅力号飞船，总重都在4吨左右，这俩就是单纯送货的，分别把899公斤的好奇号和1025公斤的毅力号送到了火星地面，尤其是毅力号，降落姿态极为潇洒。

再就是绕火星转圈的：2014年的MAVEN，2.5吨；2005年的MRO，2180公斤；2001年的Odyssey，725公斤。这仨虽然不重，但目前都还在运行。

下面轮到中国新人登场了。

天问一号，总重5吨，其中着陆器1.3吨，包含火星车240公斤。这份量，算是连本带利把历史债一次性还清了。

同样是开荒之旅，天问一号任务比较全面，带了13台设备，天上7台，地上6台，研究火星的地形地貌、土壤特征、地质构造、磁场情况、大气环境等。

这13台设备的参数都是公开的，不满足于单纯比体重的同学，可以和欧美挨个比设备，不过这活有点累，本僧就不代劳了。

总的来说，个别技术世界领先是没问题的，但全面吊打美国是不现实的。

超欧赶美

很多人称赞天问一号首次实现了“绕-落-巡”三大目标，这个说法对外行来说实在不容易理解到底有多厉害。咱换个简单点的：天问一号是人类有史以来最大的火星探测器，这样听着是不是更威风？

欧洲原计划是“绕-落”，探测器飞到火星后，一部分继续留轨道上绕圈，一部分扔火星上，而扔下去的着陆器不能移动，所以没有“巡”。美国人是“落-巡”，飞船是专程送火星车的，到火星就一头扎下去了，所以没有“绕”。

从这个角度讲，天问一号怎么算都是“超欧”了，但“赶美”仍然不容易。

中国是把火星车和环绕器一块送，所以总体块头大。美国是把火星车和环绕器分开送，块头虽然小点，其实单论环绕器并没有比天问一号小，火星车更是中国的四倍，领先程度自是不用说。

美国之所以没“绕”就直接登陆，是因为已经有三台火星环绕探测器了。天问一号“绕”3个月才把着陆器放下去，就是因为第一次去火星，不熟，得先转几圈熟悉环境。

尽管天问一号体格最大，但在火星这场子里，美国仍然是老大哥。

总结一下去火星的难点吧：从欧洲依赖俄罗斯火箭可以看出，大推力火箭是个难点；从欧洲求助美国可以看出，降落伞是个难点；从美国协助印度可以看出，深空测控（远距离遥控）是个难点。好在，咱们都解决了。

除此之外，还有一个难点比较有意思。

相比其他星球的环境，火星算得上温柔乡了，和当年苏联向金星扔一次性照相机不同，扔火星上的探测器都工作了很长时间，可你知道火星车最后是怎么坏的吗？

勇气号，设计寿命90天，结果干了6年，最终因太阳能板被灰尘覆盖导致电力不足而失联。机遇号，设计寿命90天，结果干了14年，也是死在灰尘覆盖。

实际上，这90天的寿命就是根据灰尘覆盖速度算出来的，好在火星很给面子，风暴偶尔会把灰尘吹走，这才多用了好几年。后来NASA发狠了，索性直接装核电池。

好奇号，设计寿命一个火星年，大约687个地球日，不过核电池寿命为14年，所以好奇号在2012年8月登陆火星后，到现在还在干活。毅力号，用的也是核电池，相信情况差不多。

比较悲催的是在火星上打洞的“洞察号”：

这太阳能板几乎和灰尘融为一体了，工作人员开动电机，希望通过振动清除灰尘，但毫无起色。

眼看着就要挂了，结果出了个极具戏剧性的事情。起初，洞察号按照计划刨了点土，要埋地震仪的数据线，没想到这个动作带走了外壳上的灰尘。

工作人员兴奋了，他们想了个办法，趁着火星起风时，把土倒在太阳能板上，希望能吹走一些灰尘。这一铲土下去，果然恢复了一些，每天的发电量还真就增加了0.03度电！

诸位，这可是少见的用小学常识解决的航天难题啊！

没想到吧，在火星干活，最大的困难竟然是灰尘！既然人家吃过这个亏，咱们当然会有所防备。

祝融号首次采用了电除尘技术，也就是在太阳能板背面加一层电路，这个电场可以极化灰尘，再通过电场的改变移走灰尘。不过这个技术难度不小，美国为了除尘早就绞尽脑汁了，试过毛刷，也试过电除尘，最后都没能成功应用。

祝融号的设计寿命同样是90天，电除尘技术能否带来惊喜，拭目以待吧！

中国的火星探测虽然迟了点，但这第一步踩得着实够劲道，几乎一下就紧挨着美国身后了。而且根据以往经验看，后面几步肯定早在蓄力了，第二步“火星取样”搞不好就要迈到前面去。

美国的火星取样计划比较细致，先是由毅力号收集有可能证明火星生命的样品，2026年再发一台着陆器去取，再由欧洲探测器帮忙回地球，这一圈折腾下来，到地球的时间已经是2031年了。

中国天问二号计划2028年发射，估计是下火星后，随便捞一把就回来，所以2030年就能回家，计划上比美国早一年到地球。

这要真比美国人早了，那可就有意思了，无论天问二号在火星薅到啥，只要能从别的行星带样品会地球，那绝对是人类航天事业的伟大突破！

变化赶不上计划

航天这事儿和打仗一样，是非常系统性的工作，所以计划显得尤为重要。拿神舟飞船举个例子。

神1、神2，起步；

神3、神4，搭载模拟人；

神5，载人；

神6，载双人；

神7，载三人；

天宫1号，发射；

神8，送模拟人到天宫1号；

神9、神10，送人到天宫1号；

天宫2号，发射神11，送人到天宫2号；

天舟1号，送货到天宫2号；

天和核心舱（空间站），发射；

天舟2号，送货到天和舱；

神12，送人到天和舱；

接下来：问天实验舱、梦天实验舱、天舟3号、天舟4号、神13、神14……都已经排上日程了。

从载人飞行到空间站，一步一个脚印，够清晰吧！

难道印度就没计划吗？是的，月球热了就探月，火星热了就奔火星，接下来一定会吹牛要搞空间站，反正中国有的，他都要。不是我看低印度，这哥们儿连步枪子弹都靠进口，一个连发射子弹都困难的国家，你觉得能独立发射火箭吗？

那美国呢？没钱了，争取预算越来越困难，要不是这几年被中国刺激到了，NASA都快成清水衙门了。这次NASA局长拿着祝融号照片在国会上笑得合不拢嘴，美国为了证明自己的优越性，大概率会增加NASA预算，提出很多雄心勃勃的太空计划。这也算天问一号为人类航天事业做出的另一份贡献。

欧洲日本虽然航天实力不俗，但也没法像中国这么有计划、有定力地推进航天事业。欧洲很少能按日程办事，拖拖拉拉是常态，日本单项技能出色，可是体量小，难以尽善尽美，探测器经常一路故障，磕磕绊绊。

以中国的航天水平，早就可以去地月系统外摘很多“亚洲第一”的帽子，但中国一直在默默耕耘更有科研价值的空间站，这份定力绝不是印度这类国家所具备的。

随着中国对基础科学投入的不断增加，各种航天计划纷纷出炉，有志于此的青年很快就会迎来一段幸福时光。

哗宠取宠的价值

1990年NASA干了一件“蠢事”。

一个叫卡尔萨根的人说服NASA让64亿公里外的旅行者1号，调转相机方向，给地球拍了一张照片，这张照片毫无科研价值，却浪费了极为宝贵的燃料，非常不理性。

照片中这个小小的亮点就是地球，卡尔萨根在《暗淡蓝点》中感慨道：“看看那个光点，是的，那就是我们的家园，我们的一切。你所爱的每一个人，你认识的每一个人，你听说过的每一个人，曾经有过的每一个人，都在它上面度过他们的一生。

这里聚集了一切的欢乐和痛苦，数以千计的自以为是的宗教、意识形态和经济学说，所有的猎人与强盗、英雄与懦夫、文明的缔造者与毁灭者、国王与农夫、年轻的情侣、母亲与父亲、满怀希望的孩子、发明家和探险家、德高望重的教师、腐败的政客、超级明星、最高领袖、人类历史上的每一个圣人与罪犯，都住在这里：一粒悬浮在阳光中的微尘。”

这张照片后来广为传播，虽然没有科研意义，却让人类真切感受到了自身的渺小，成为一代经典。

这种“蠢”事，NASA干的可不少，比如这次毅力号就带了一块火星陨石。这块石头是60万年前火星被小行星撞击时，被炸飞到地球的，如今人类带它落叶归根，这简直就是言情小说的情节。

NASA其实是一个充满浪漫情怀的科研机构，这是探索宇宙必不可少的因素。

最近中国航天局发布了首批火星照片，其中一张也有异曲同工之妙。火星车跑到十米开外，放下一台分离相机，然后跑回来和着陆器合了个影。

这操作非常败家，首先要给相机装上无线电，用来遥控拍照以及回传照片，然后还得在火星车上设计一个分离结构，前前后后增加不少重量。花这么大功夫，就为了这张毫无科研价值的照片，这事儿完全不符合航天局一贯的理性作风。

但这照片确实很有水准，把一台冷冰冰的机器变成了一个可爱调皮的机灵鬼。这张合影，让我们看到了中国航天的人文变化，别的先不说，估计以后枯燥的工作会变得越来越有趣了。

其实吧，航天是人类共同的事业，本就应该在浪漫和谐的氛围中一起努力。可惜，美国是以法律形式限制了中美航天的合作，以前是限制中国，现在却有点讽刺意味了。

中国空间站马上要取代国际空间站，成为人类唯一的空间站。原先在国际空间站工作的国家几乎都加入了中国空间站，唯独美国不行，这不是我们小气，而是他们自己法律不允许。

这可不是什么喜剧，因为无法相互分享数据，人类已经在航天事业上做了大量重复工作，闹到现在连太阳系都还没走遍，这不得不说是人类的悲剧。

既然都是航天人，眼界就得开阔点，老在地球上打打杀杀，不如携手迈步宇宙星辰。

本文来自微信公众号：老和山下的小学僧（ID：gh_586564bb7b66），作者：老和山下的小学僧