在长征五号遥三火箭没有复飞之前最令人担忧的莫过于我国首次自主火星探测任务“火星一号”飞船能否如期发射，用火星探测任务工程总设计师张荣桥的话说，火星探测器的发射窗口是后墙不倒，因为发射窗口每隔26个月才会出现，意味着一旦错过2020发射窗口就需要等到2022年才有机会发射。

随着长征五号遥三火箭于2019年12月27日完美复飞，火星一号飞船发射任务也得以实锤落地。近日，航天科技集团发布《启航新梦想，再创新辉煌》2020新年贺词，其中明确提到要在今年发射火星探测器。

航天科技集团新年贺词节选

按照任务计划202天后的7月23日将是火星一号飞船的第一发射窗口，该飞船将在海南文昌航天发射场由长征五号遥四火箭发射入轨，为了给火星一号任务让路嫦娥五号月球采样飞船也被安排在之后的第四季度发射。

刚刚到来的2020年是人类火星探测大年，美国NASA火星车2020、俄欧联合研制的ExoMars火星车，加上中国火星一号，总计有三辆火星车将踏上奔火旅程，发射窗口集中在7月18日至8月11日。

俄欧联合研制的ExoMars火星车

除此之外阿联酋也计划在今年发射一颗火星卫星，也就是说将有四艘飞船一同踏上数亿公里距离的奔火旅程，话说它们在路上可以相互打个招呼以解旅途寂寞之苦。

中国火星一号飞船于2016年1月11日正式立项，由中国航天五院（空间技术研究院）负责抓总研制，由环绕器、进入器两大部分组成，进入器中包裹有着陆器、巡视器，火星一号飞船总重5吨，是人类有史以来最大规模单次火星发射任务，这也是为什么必须由长征五号火箭发射的原因。

中国火星一号飞船

嫦娥探月厚积薄发助力中国火星探测一鸣惊人

火星一号飞船厉害之处在于这是人类有史以来第一次在一次发射任务中连续实现对火星的“绕、落、巡”三大工程目标，中国在缺席火星探测半个多世纪后选择用一鸣惊人的方式向世界证明自己的真正实力。

要知道在此之前成功着陆火星表面的仅有美国一家，成功着陆火星表面并展开巡视探测的也仅有美国一家，这意味着火星一号任务成功后我们将无可争议地坐稳世界航天第二把交椅，并以此为基础向世界第一发起新冲击。

火星一号将由长征五号遥四火箭发射入轨

为什么中国航天敢于选择如此高难度的火星探测方案？激进方案背后是中国航天近二十年来的厚积薄发，尤其是嫦娥探月工程积累的地外星球探测实力。

嫦娥一号、二号、三号、五号T1试验器、四号共五艘月球探测飞船连续成功发射，嫦娥五号月球采样返回飞船也已经完成研制，我国已经无可争议地成为21世纪人类探月的先锋主力，系列月球任务积累的工程装备及其制造工艺经验、任务实施经验都可以移植到火星一号飞船上。

嫦娥5号月球采样返回飞船

譬如，嫦娥五号月球采样飞船用于月面起飞的发动机与火星一号环绕器使用的发动机同为3000N推力，该发动机将负责火星一号飞船在地火转移轨道段的变轨控制；火星一号着陆器配置的YF-36变推力发动机也是在嫦娥三号/四号7500N变推力发动机基础上进行大喷管改造；火星一号着陆机构缓冲元件也将全部采用中科院固体所为嫦娥三号/四号研制的高效吸能合金制作。

嫦娥4号7500N变推力发动机

除此之外，嫦娥三号/四号着陆器基于机器视觉的智能避障系统也将是火星一号成功着陆火星表面的撒手锏，这是一套由自主导航惯性测量单元、激光测距、微波测距、光学成像、激光三维成像等传感器为一体的智能避障系统，在它的引导下嫦娥三号/四号实现100%成功落月，不仅可以登陆月球正面，地形更为崎岖复杂的月背嫦娥四号也可以安然降落，火星一号则完整地继承了这一优势功能。

诚然，月球与火星是空间环境完全不同的两颗星球，然而月球的极低温与极高温以及强辐射环境则是深空探测的最高标准，能适应月球环境的设备在火星上也有更大优势。

嫦娥4号热真空测试

一切为减速！中国火星一号飞船的9分钟生死考验

火星探测相较于月球探测虽有继承，但前者特殊性同样明显，首先火星引力是月球的两倍多，因此火星大气层得以存在，引力与大气就是飞船实现软着陆火星表面的两大瓶颈，而减速性能高低就是火星一号飞船能否成功降落的关键。

再入火星大气层

火星一号飞船从地球出发到抵达火星表面流程如下：

2020年7月23日，长征五号遥四运载火箭搭载火星一号飞船在海南文昌点火发射入轨；

2020年10月5日，火星一号3000N发动机点火进入深空机动段；

2021年2月11日，火星一号3000N发动机再次点火制动减速切入环绕火星轨道；

2021年4月23日，火星一号环绕器与进入器分离，5小时后着陆；

2021年4月23日，火星车踏上火星表面进行巡视探测。

火星一号环绕器与进入器分离示意图

环绕器与进入器分离后，进入器将接受9分钟生死考验，它将先后经历气动减速段、降落伞减速、动力减速、悬停避障、缓冲着陆五大阶段，每一阶段目的都是减速。9分钟着陆耗时也是人类火星登陆史的最长时间，而这恰恰是减速配置完善的优势体现。

首先进入器是从环绕火星轨道离轨实施着陆操作，而不是像其他探测器那样直接从地火转移轨道一头扎向火星表面，初始速度已经从1.9万公里/时降至1.7万公里/时（约合13马赫）。同时进入器采用了独具特色的弹道升力式+配平翼方案，配平翼可以起到控制进入器弹道姿态目的，使得进入器3.4米直径大底以最有利角度切入火星大气层，进而实现气动减速目标。

火星一号进入器

气动减速段细分为进入准备成像段、攻角配平段、升力控制段，紧随其后就是伞降控制段，去年俄欧联合研制的ExoMars火星车就遭遇了降落伞测试失败瓶颈，极大程度影响了发射准备任务。这是因为俄欧ExoMars火星车过于依赖伞降减速，为此配置了多达4部降落伞，有两部引导伞和两部主伞，开伞操作极为复杂，任何一部伞具没有打开都将导致任务失败。

我国火星一号进入器在气动减速段着力更多，因此伞降减速段压力要小得多，我们与美国NASA一样都只使用一部超音速减速伞。

超音速减速伞风洞测试

伞降减速段尾声进入器将先后抛掉大底与背罩，火星车与着陆器随后露出真身，紧接着YF-36型7500N变推力发动机点火进入动力减速段，在距离火星表面百米左右距离时进行悬停成像尔后25N、250N发动机点火进行机动避障，最后就是在缓冲机构助力下软着陆火星表面，最终以火星车驶离着陆器为标志宣告着陆行动圆满成功。

火星一号着陆火星示意图

一次发射走完外国半个世纪探火历程，中国火星车“横着走”

一步实现“绕、落、巡”是火星一号的工程目标，与此同时它还肩负有寻找火星生命信息，为火星本体研究积累资料，研究火星改造前景等科学任务，为此火星一号安装了13种有效载荷，其中运行在火星上空的环绕器有7个，巡视器有6个。

火星一号巡视器太阳能帆板展开（示意图）

行进于火星表面的巡视器将搜集关于火星的第一手信息，而不用像以前那样依赖国外资料。它搭载有导航地形相机、次表层探测雷达、火星表面成分探测仪、多光谱相机、火星表面磁场探测仪、火星气象测量仪，可对巡视区形貌、土壤结构、水冰分布、表面元素、矿物和岩石类型、大气物理特征、表面环境等目标进行就位探测。

火星一号巡视器是我国自主研制的第一辆火星车，重约240公斤，四片太阳能电池翼展开后整体呈蝶形，很像一只张开翅膀的蝴蝶。

火星一号巡视器驶离着陆器

车身中部两片太阳能电池帆板可以上下活动调整角度，以此适应太阳不同方位的射入角，最大限度获取电能，而这是此前美国NASA勇气和机遇号所没有的配置，与后两款火星车相比，中国火星车可以更从容地度过火星冬天。

火星一号巡视器机动能力也是首屈一指，最大速度200m/h，爬坡角度30°，除了可以直线行驶、原地转向、行进间转向基本行驶功能外，还独具特色地开发了蟹行与蠕动功能，言外之意就是火星一号巡视器可以“横着走”。多项性能指标可以比肩美国最先进的好奇号火星车，火星一号巡视器行进在火星表面的那一刻也标志着中国航天用一次发射走完了外国近半个世纪的探火历程。

火星一号巡视器拓展了蟹行功能

火星一号环绕器作为环火遥感卫星配置有中分辨率相机、高分辨率相机、次表层雷达、矿物光谱分析仪、磁强计、离子与中性粒子分析仪等载荷，将重点就火星地形地貌特征、火星水冰分布、火星土壤与结构分析、火星大气电离层分析与行星际环境探测、火星表面物质成分调查等任务实施遥感作业，同时环绕器还将作为火星车/着陆器与地球通信的中继卫星，其运行轨道距离火星最近高度为265公里。

火星一号环绕器

一年之内两颗地外星球左右开弓，我们的征途是星辰大海

深空测控能力也将是火星一号任务能否成功的关键，不同于40万公里级地月空间距离，地火空间距离则是5500万公里至4亿公里，数据延迟通常约17分钟，最长延迟时间则是22分钟，信号衰减十分严重，对地面测控站数据的上行下传提出了更高要求。

以嫦娥探月工程为契机，我国先后在喀什、佳木斯、阿根廷分别建设了三座深空测控站，配置有35米、66米两种口径射电天线，测控距离远远超越月球、火星，曾先后两次于2015年6月11日、2017年9月15日对美国NASA的新地平线号、卡西尼号进行跟踪测量，两器位置分别是冥王星与土星轨道，最远距离47亿公里，这表明我国深空测控距离在五年前就已经初步触达太阳系边际空间。为提升火星任务成功率与可靠性，近期喀什深空站又在兴建由3座35米口径天线组成的深空天线阵，助力火星一号任务。

佳木斯深空站66米测控天线

在向火星进发同时，今年第四季度实施的嫦娥五号月球采样返回任务将在更短时间内向全国人民告捷，这艘八吨级飞船带回的月球样本将是苏联所有月球采样返回飞船带回样本重量的12倍，由服务舱、返回舱、落月器、上升器组成的嫦娥五号也几乎与阿波罗载人登月飞船无异。

嫦娥五号将于今年第四季度发射

一年之内同时在火星、月球两颗地外星球上左右开弓，这将是人类有史以来亘古未有之盛况，而中国这一次将在宇宙空间创造历史，成为我们回归世界中心的新标志。

我们的征途是星辰大海！

然而我们的目标也绝不仅仅限于月球与火星，在接下来的十年里，除了即将梦想照进现实的天宫空间站、嫦娥探月四期工程、载人登月之外，我们还将实施为期十年的小行星取样返回任务、火星采样返回、木星探测、太阳系边际探测等重大工程，就像长征五号遥三火箭复飞成功后航天中心大屏幕上的那句“我们的征途是星辰大海”一样，中国人的宇宙雄心将是永无止境！

神舟2号

登月

火星

13马赫征战地外星球！长征五号今年再接大单，发射时间已定