環(huán)球速看：中國(guó)火星采樣或于2031年返回，火星采樣很難嗎？比月球采樣難多了

2020年絕對(duì)是人類歷史上的火星探索之年，在這一年中，我國(guó)的天問(wèn)一號(hào)、美國(guó)的毅力號(hào)以及阿聯(lián)酋的希望號(hào)火星探測(cè)器都先后發(fā)射升空。

為什么人類的火星探測(cè)熱情一下子如此高漲？其實(shí)各個(gè)國(guó)家看似爭(zhēng)先恐后地發(fā)射火星探測(cè)器并不是為了爭(zhēng)奪火星探測(cè)第一的名頭，而是要抓住這一重要的時(shí)間節(jié)點(diǎn)?；鹦鞘堑厍虻泥従?，它與地球一樣圍繞太陽(yáng)進(jìn)行公轉(zhuǎn)，不同的是地球公轉(zhuǎn)一周的時(shí)間約為365天，而火星公轉(zhuǎn)一周的時(shí)間約為687天，這就使得地球與火星之間的距離會(huì)出現(xiàn)變化，而要登陸火星就必須等待火星運(yùn)行到一個(gè)與地球恰到好處的位置，而這樣的位置大概每780天才會(huì)出現(xiàn)一次，所以要是錯(cuò)過(guò)了2020年這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，就要等到兩年之后了。

有趣的是，雖然各個(gè)國(guó)家火星探測(cè)器的發(fā)射時(shí)間都是相近的，但采樣返回的時(shí)間卻拉開了距離。

(資料圖片僅供參考)

按照天問(wèn)一號(hào)總師孫澤洲的報(bào)告，中國(guó)火星采樣返回時(shí)間大概在2031年7月，而NASA的火星采樣計(jì)劃預(yù)計(jì)在2033年才能返回，也就是說(shuō)這一次我們提前了2年。其實(shí)，人類前往地球以外的星球采樣早已不是第一次了，只不過(guò)之前的采樣只是針對(duì)離我們最近的月球和一些小行星，前往另外一顆行星采樣，這還是第一次，那么火星采樣和月球采樣有什么不一樣呢？火星采樣的難度要比月球采樣高多了。

探索地外星球的過(guò)程可以分成兩部分來(lái)看，一是飛出去，二是飛回來(lái)。

以探月為例，飛出去，我們依靠的是運(yùn)載火箭，因?yàn)楝F(xiàn)階段只有運(yùn)載火箭具有足夠的推力能夠幫助我們擺脫地球的引力。當(dāng)探月器擺脫了地球引力進(jìn)入月球軌道之后，隨著速度的降低，探月器會(huì)在月球引力的作用下開始降落，在下降到距地表一定的距離之后，登月艙就會(huì)點(diǎn)火減速，以便平穩(wěn)著陸。月球上沒(méi)有火箭，也沒(méi)有發(fā)射塔，登月艙怎么回來(lái)呢？其實(shí)登月艙的下降段就是發(fā)射架，至于火箭嘛，根本用不少，因?yàn)樵虑驔](méi)有大氣，引力也只有地球的六分之一，所以輕而易舉便可以點(diǎn)火升空離它而去。

與探月相比，探索火星可就難多了。

火星擁有大氣，盡管它比較稀薄，但這就使得我們不能像月球那樣，任由探測(cè)器在引力的作用下掉下去，我們需要給探測(cè)器增加防護(hù)，避免在下降的過(guò)程中因?yàn)榕c大氣的激烈摩擦所產(chǎn)生的熱量而燒毀。在下降到一定高度時(shí)，還要張開降落傘進(jìn)行減速，最后還需要通過(guò)火箭反推來(lái)實(shí)現(xiàn)軟著陸。聽起來(lái)是不是比探月要復(fù)雜了不少？但真正的難題還在后面，那就是采樣后如何返回?；鹦请m然比地球小，但它可比月球大多了，所以火星的引力也要遠(yuǎn)大于月球，所以從火星返回是人類第一次從一顆引力較大而又有大氣的行星上嘗試起飛。

我們雖然沒(méi)有辦法把運(yùn)載火箭帶到火星上去，但為了能夠擺脫火星的引力，就必須要攜帶大量的燃料，而這其實(shí)是一件令人非常頭疼的事情。

現(xiàn)階段人類的航天探測(cè)依靠的都是化學(xué)動(dòng)力，而化學(xué)動(dòng)力火箭的特點(diǎn)就是運(yùn)載能力有限，以長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭為例，它的起飛質(zhì)量約為870噸，而地球同步軌道運(yùn)載能力僅為14噸，所以現(xiàn)階段人類航天活動(dòng)最容不得的事情就是增加重量了，但為了從火星順利返回，增加重量又是無(wú)法回避的問(wèn)題，所以此次采樣任務(wù)最終使用了兩枚長(zhǎng)征五號(hào)火箭，總算是把軌返組合體和著上組合體都送了出去。

著上組合體就是著陸器與上升器。

當(dāng)該組合體完成了火星采樣之后，上升器會(huì)點(diǎn)火升空重回火星軌道，而由軌道器和返回器所組成的軌返組合體早就等在了這里。之后，上升器會(huì)與軌返組合體進(jìn)行對(duì)接，將采集到的火星樣品轉(zhuǎn)移到軌返組合體之中，然而便會(huì)踏上回家之路。為什么這一次NASA落后了？其實(shí)他們?cè)疽彩怯?jì)劃2031年返回，但因?yàn)橹暗挠?jì)劃太過(guò)復(fù)雜，以至于增加了火星采樣返回計(jì)劃的整體風(fēng)險(xiǎn)，所以只能將原本的計(jì)劃一分為二，這樣一來(lái)自然就延期了，而且從NASA的整個(gè)計(jì)劃來(lái)看，2033年可能還是個(gè)樂(lè)觀的估計(jì)，如果其中任何一個(gè)部分出現(xiàn)問(wèn)題，也不排除繼續(xù)延期的可能性。

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