古人把火星稱為“熒惑”,預示著戰爭和災難。有個成語叫“熒惑守心”,古籍中常有記載,它指的是壹種罕見的天文現象,火星與地球繞太陽公轉的角速度不同,有時出現超車,從地球上看,火星轉到天蠍座附近時,壹會兒出現逆行,壹會兒出現順行,古人認為這是不祥之兆,預示著皇帝駕崩,丞相下臺。《史記?秦始皇本紀》裏有壹句話:“三十六年,熒惑守心”。始皇帝去世前,出現了“熒惑守心”的天文異象。
火星為什麽引起人類 探索 的好奇心?喬凡尼?斯基亞帕雷利(Giovanni Virginio Schiaparelli),意大利天文學家,壹生都在觀測太陽系內各種天體。1877年,他在望遠鏡裏發現,火星表面有很多“線性溝槽”,這些溝槽很可能是火星人建造的運河,灌溉農田。如何驗證猜測,靠望遠鏡還不夠,發射壹個探測器,抵近觀察,最可信。
探測火星的方式與月球類似,分為五個環節,第壹步,環繞,探測器繞著火星轉,拍照。第二步,著陸,探測器登陸火星。第三步,巡視,火星車登陸,四處查看。第四、第五就比較難了,先是從火星上弄壹些巖石、土壤回來研究,最後載人登陸。探月過程中,五種方式都用過,也都成功了。但火星離我們太遠,地球上發射探測器,六個月才能達到火星。想要再飛回來,燃料不夠,難度太大,目前沒有哪個國家能做到。
“天問壹號”將壹口氣完成環繞、著陸、巡視,這在航天史上還是首次。這是中國人的創舉,要克服很多挑戰。首先,探測器攜帶的燃料有限,飛行路線需要精確設計。其次,接近火星後,能否被火星捕獲,進入預定軌道,難度大,弄不好就擦肩而過。探測任務最大的挑戰是著陸,探測器速度從每秒4.8千米,降到0,需要七分鐘,這期間無線電指令傳輸有延遲,無法準確操控。另外,天氣也會給登陸造成影響,如果遭遇火星風暴,可能導致任務失敗。克服這些困難後,“天問壹號”就踏上巡視火星的旅程,上面搭載的科學儀器,將探測火星地形地貌、土壤成分等。
1960年,蘇聯第壹個發射火星探測器。到今年6月底,所有國家的探測活動加起來,***44次,成功的很少,大部分都失敗了。美蘇冷戰期間,發生了激烈的“火星爭奪賽”,1971年5月,短短三十天裏,雙方接連五次發射。NASA的“水手9號”,後發先至,成為人類第壹個火星環繞器。註意啊,是第壹個“環繞器”,1964年,美國“水手4號”,也曾到達火星,擦肩而過,沒有繞著火星轉,不算環繞。前面說了蘇聯最先發射探測器,怎麽美國成第壹了?發射,並不代表成功,整個60年代,蘇聯的火星任務都失敗了。
但這不代表蘇聯的 科技 不行。金星,地球的近鄰,表面溫度500℃,大氣壓是地球的90倍,天上還經常下硫酸,真實的人間煉獄。美國、歐洲、日本,只敢環繞探測,壹旦登陸,高壓環境瞬間將探測器壓扁。有壹個國家例外,它就是蘇聯,1970年,“金星7號”成功著陸,在高溫高壓環境下,堅持工作了23分鐘。後來登陸的“金星8號”,不但化驗了土壤,還電視轉播了金星表面的太陽光和雲層。
目前,成功登陸火星的探測器有8個:海盜1號、海盜2號、探路者,機遇號、勇氣號、鳳凰號、好奇號、洞察號,均為美國制造。俄羅斯、歐盟都嘗試過登陸,結果都失敗了。火星與地球之間的往返信號傳輸,至少6分鐘,時延太長,指令無法及時發送,別人把妳家水晶推了,妳還在打野。另外,探測器著陸的時候,壹個不小心就是自由落體。怎麽做,才能安全落地?三大法寶,反沖火箭、氣囊、空中吊車。
第壹種方式最簡單。1976年,NASA發射的海盜1號、海盜2號,采用了反沖火箭。探測器在火星軌道飛行壹段時間後,進入火星大氣層,打開降落傘,快要落地的時候,啟動反沖火箭,穩穩落下。“氣囊”怎麽登陸呢?它包裹著火星車,在離地幾十米的地方充氣,著陸的時候,反復彈跳,實現緩沖。最黑 科技 的是“空中吊車”,火箭飛行器吊著探測器,安全落地,之後切斷吊繩飛離。2012年,NASA首次采用這種方法,把900多公斤的“好奇號”,送到火星地表。
發射火星探測器,最關鍵的是什麽?大推力火箭發動機。德國的V-2火箭發動機,是美蘇航天技術的鼻祖,沒有它,加加林上不了太空,阿姆斯特朗也登不上月球。二戰還沒結束,美蘇兩國就開始制定計劃,如何第壹時間搶奪德國火箭技術和專家。精明的美國人,壹攻入德國,馬上搜集技術圖紙和科學家,只給蘇聯人留下火箭零部件。
為了盡快復原V-2火箭,蘇聯人想到了壹個巧妙的點子——“面包換技術”。雖然美國帶走了重要的火箭設計師,但火箭工廠的工人還在,他們有豐富的制造經驗。戰爭剛結束,糧食緊缺,給這些人發食物,重新招回工廠,幫助復原V-2火箭發動機。後來,美國土星五號的F-1發動機,蘇聯能源號的RD-170發動機,都是V-2的徒子徒孫。
冷戰期間,美蘇 科技 爭霸,航天技術突飛猛進。在意識形態的刺激下,兩國人民像打了雞血似的,支持政府大力投資火箭、研發飛船。1966年,NASA的預算,甚至占到聯邦政府總預算5%,這非常高了。當時,阿波羅飛船、土星五號火箭,已經非常成熟,如果美國壹直不計成本的投資,真有可能在70年代完成載人登陸火星。可惜尼克松上臺後,面臨巨額政府赤字,只能削減航天預算。為了向蘇聯人彰顯美國制度的優越性,勒緊褲腰帶搞航天是應該,如今登月目標實現了,沒必要打腫臉充胖子。
NASA預算削減,經費支出仍排名全球第壹。2020年,特朗普撥款210億美元,超過其他國家航天預算總和。中國的預算僅是美國十分之壹,有人還覺得“勞民傷財,登月無用”。航天技術已經深入到生活方方面面,GPS、噴氣式客機、遙感探礦技術被廣泛應用。上世紀五十年代,中國開始航天 探索 ,當時,國內的原材料、半導體、儀器儀表行業幾乎空白,航天項目推動了這些產業的發展。中國航天 科技 集團曾有過統計,國內研發的1000多種新材料,80%是在太空 探索 項目中研制的,近2000項空間技術成果,已經應用到國民經濟各個部門。美國 科技 霸主地位怎麽獲得的?壹個簡單的例子,商業化GPS,為全球提供定位服務,收割利潤,再去支持技術研發,這是壹個完美的循環。中國大力發展航天 探索 ,是必須要做的事。
從蘇聯、到美國、再到歐洲,通往火星的旅程,輪到中國上車了。50多年的 探索 ,火星只聆聽過英語的問候,而且都來自美國。但在2021年,它將迎來壹位會說中文的新夥伴,天問壹號。雖然前人的經驗告訴我們,這條路不好走,但中國人的目標是星辰大海。