7月23日，我国首次火星探测任务“天问一号”探测器由长征五号遥四运载火箭成功在中国文昌航天发射场发射升空，正式开启了中国的火星探测之旅。探测器将如何抵达火星？漫长程途中又有哪些看点？让我们来一探究竟。

从“三环”到“四环”，跨越4亿公里的旅程

在太阳系里，八大行星以太阳为核心公转，形成了8个环形轨道，其中地球位于“三环”，火星则在“四环”运行。要想冲出地球抵达火星，从“三环”跨越到“四环”，需要长途“跋涉”10个多月，直线距离超过4亿公里；要经历发射入轨段、地火转移段、火星捕获段、火星停泊段以及离轨着陆段等5个阶段。

其中，地火转移段指的是从探测器与火箭分离后，到进入火星引力影响的飞行阶段。这一阶段是“天问一号”任务里耗时最多的部分，需要近7个月之久。

经过漫长的奔袭后，“天问一号”将进入火星引力圈。发动机点火进行近“火”制动，将探测器的飞行速度降下来，让火星捕获。一旦被火星成功捕获，探测器就会在火星轨道运行，成为一颗绕“火”卫星。接着，探测器就开始进入火星停泊段。

火星停泊段并不是停泊在火星轨道上不动，而是绕“火”飞行。这个阶段要持续几个月，直至探测器降轨后转入两器分离阶段。

探测器更聪明，工作靠“自觉”

“天问一号”在探索火星的旅途中，距离地球最远达4亿公里，其间“旅行”时间很长：飞行时间约10个月，环火探测约两年；同时由于受地球、火星、探测器相对运动和地面站分布的影响，测控通信难以全空间覆盖，因此，很多时候探测器与地球是中断联络的，主要依靠自主控制。

在环火探测中，探测器会经历两次日凌，通信中断最长达到30天。测控信号传输时延大，最短超过3分钟，最长达23分钟，特别是执行近火捕获、两器分离等决定任务成败且只有一次机会的轨道控制阶段，探测器距离地球约3亿公里，信号时延15分钟以上，由于地面不可能进行实时测控干预，探测器只能自主执行预先注入的指令，并自行判断指令执行的效果；一旦发现问题，必须在极短时间内根据自测量信息，进行自诊断，并完成故障的自恢复，这对探测器自主导航、管理与控制能力提出了更高要求。

绕“火”飞行，磨刀不误砍柴工

“天问一号”到达火星轨道后，为何还要绕飞数月而不是直接落“火”呢？

原来，这个阶段的绕“火”飞行，就是为了对首选着陆区进行详细勘察，并拍照成像。经历多圈精准成像后，看清了“落脚点”，才能更好地控制“天问一号”准确着陆到理想区域。

看清目标以后，就要开始离轨着陆。这一阶段是火星探测任务成败的关键，尤其是从进入火星大气层到着陆，有着令人担忧的“恐怖7分钟”——在人类现有的44次火星探测中，能够安全度过这7分钟的仅有9次。

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通向火星的高速公路：霍曼转移轨道

探测器想要脱离地球的引力圈，并到达火星，肯定是燃料越多越好。不过由于技术的原因，发射升空的探测器，其大小和重量都是有限制的，这就要求探测器消耗的燃料越少越好，为了达到这个目的，科学家就要借助“霍曼转移轨道”。

“霍曼转移轨道”是由德国太空工程师瓦尔特·霍曼于1925年提出的，利用这种方法可使探测器在从一个天体的公转轨道转移到另一个天体的公转轨道时，消耗最少的能量。“天问一号”探测器以大于第二宇宙速度的速度从地球发射，会顺着地球公转方向脱离地球引力，进入太阳引力的影响范围之内，此时的探测器将以太阳为近焦点做椭圆轨道运动。也就是说，探测器是从椭圆轨道近焦点脱离地球的，这个椭圆轨道的大小，是由探测器在地球上发射时的速度所决定的，速度越快，椭圆轨道就越扁长。如果这个椭圆轨道足够扁长，探测器椭圆轨道的远日点正好与火星公转轨道相交，到达火星所需的最圆的椭圆轨道，这样探测器就可以消耗最少的能量到达火星。