#田文一号火星探测器#

中国行星探测的官方标志

在今年的“中国航天日”期间，中国国家航天局宣布，中国的行星探测任务命名为“田文”系列，包括火星采样返回、小行星探测、木星系探测等系列任务。星海，中国来了！

为什么非要选在2020年7-8月间发射？

一个火星年是687个地球日。

因为火星轨道和地球轨道的周期不同，所以地球和火星的距离是一个动态的关系。

地球和火星大约每26个月会相互靠近一次，实际值在764天到812天之间波动。

2020年10月13日，火星将与地球进行最短距离的接触，两者之间的最短距离约为6300万公里。

(不精确的模拟)地球绕太阳运行，火星绕太阳运行

所以为了节省燃料和飞行时间，去火星大致是沿着这条到火星的最短距离。

因为它在离地球的轨道上有初速度，所以这条轨迹会看起来像抛物线，这条抛线叫做霍曼转移轨道。

(精确模拟)“洞察”号沿着霍曼转移轨道抵达火星。蓝点是地球，粉点是洞察号，绿点是火星。

在霍曼转移之前，必须考虑到飞船的飞行轨迹与火星的轨道相交。从这个时间点向前，飞船飞行所用的时间就是飞船的出发时间，而这个短暂的时间就是所谓的发射窗口，最晚的发射窗口是在2020年的7-8月。

火星探测2020窗口期，中美携手（角逐）！

火星和地球之间的距离图

所以2020年以后可以说是“过了这个村就没有店了”，下一个发射窗口要等到2022年下半年。

3月，欧俄ExoMars火星车宣布推迟发射后，目前还剩下三个，分别是中国的田文一号、美国的坚持号和阿联酋的希望号，可谓“2020年全村的希望”。

这个阿联酋。。嗯。。。。大款主花钱，美国助研，日本助飞。想想马云拍功夫片，就不说了。

2020年，火星之旅的真正主角将属于中国和美国！，不知怎么的，这让我也想起了2001年空漫游！

美国独霸即将破局！天问1号跨跃式创新

近20年的火星探测任务(除火星快车和ExoMars 2016外，其余均来自美国)

人类对火星的探索是由美国发起的。1964年11月28日，美国宇航局发射的水手四号是第一个访问火星的探测器，随后海盗一号在美国首次登陆火星。此后，前苏联、欧洲、印度等。也参与其中。到2019年，人类已经进行了55次探索火星的任务，但美国仍然是这一领域的绝对霸主。由于多年的努力，美国探索了火星。

霍颖一号

2011年，中国的“萤火一号”也搭载了俄罗斯的火卫一-格朗特探测器试水，但未能变轨，也未能如愿。

印度探索火星运气不错。其2013年发射的曼加里安火星轨道器于2014年9月24日成功抵达火星，使印度成为继美国、俄罗斯和欧洲之后第四个抵达的国家，也是第一个成功的亚洲行星际任务。当然，它的成功也有赖于美国的帮助(你为什么这么积极？)，其重要的深空通信和导航依赖于美国的中继网络设施。

现在，中国的田文一号任务利用嫦娥系列探月任务成功的强劲势头(目前只有美国和中国成功着陆)，借鉴美国探火的成功经验，立足国家科技实力和发展需求，瞄准研究热点，实现多项创新和跨越:

Q-1着陆巡逻，其中火星车重约240公斤。

1。任务起点高，技术跨度大:田文一号首次火星探测任务将通过一次任务实现“绕、着陆、巡视”。有效着陆质量仅次于好奇号(好奇号总质量899 kg)，探测世界各地火情的能力堪比世界。

2。探测方式创新:首次同时进行环航探测和巡逻探测。天地合作，验证，互补，探测火星的水冰，土壤，空环境，物理场，内部结构。

3。面临新的考验:火星大气极其稀薄，着陆巡视器将面临新的环境。火星探测可谓极其危险。目前55次任务中只有25次完全成功，占45.5%。但随着人类对火星的逐渐了解，成功率也在不断提高。自2001年以来的16次任务中，有12次是成功的。

4。推动深空空探测技术的整体提升:此次任务的成功将突破火星制动捕获、着陆、表面巡视、长期自主管理、行星际TT&C通信等关键技术，使我国深空空探测技术能力和水平进入世界航天第一梯队，实现深空/[/k0]。

综上所述，田文一号可以说是高起点，多任务，跨越式创新，花最少的钱做最多的事！

任务过程及细节

作为中国“田文系列”行星探测任务的首秀，任务发射入轨、地火转移、火星捕获、火星停泊(到达

田文1号火星车从进入舱到达火星表面。

田文一号火星探测器包括轨道器和着陆巡视器，分为进入舱和火星。首次发射计划在海南文昌航天发射场进行。

火箭从中国文昌航天发射中心发射升空，rose 空

1。轨道飞行器:长征五号系列“运载火箭”

2.时长:飞行距离约4亿公里。2020年7-8月为发射窗口，预计2021年2月到达，历时7个月左右；

田文-1着陆巡逻的着陆演示使用降落伞着陆和直接反推装置进行软着陆。

3.着陆:第一步降低探测器轨道，第二步将环绕与着陆巡视器分离，第三步释放着陆巡视器。

Surrounder 上升到中继通信轨道，为火星车提供中继通信链路，围绕火场开展科学探测。

着陆巡逻队通过降落伞和反推装置减速，软着陆在火星表面。

火星车与着陆平台分离后，可以在火星表面工作。

登陆火星的火星车

着陆点可能位于火星的乌托邦平原，与海盗1号着陆器的着陆点在同一区域。

4、《恐怖7分钟》

在美国洞察的落地过程中，毅力会遵循这种落地方式。

田文一号还要经历着陆阶段的7分钟“恐怖”，它需要在7分钟内将速度从每小时2万公里降到0。人类对火星的44次探索中，只有9次能够安全度过这7分钟。

去干啥？

火星探测任务和有效载荷

第一个科学难题是探测火星上生命活动的信息；

其次是本体科学研究，如探索火星磁层、电离层和大气以及环境科学；

戈壁滩“基地1站”模拟基地

第三个是讨论火星的长期改造和未来人类第二个栖息地的建立。

带了啥装备，和美国今年准备发射的“毅力”号比一比

田文一号轨道器搭载了7个有效载荷:中分辨率相机、高分辨率相机、轨道器地下探测雷达、火星矿物光谱分析仪、火星磁力仪、火星离子和中性粒子分析仪、火星能量粒子分析仪；

田文一号火星车配备了六个有效载荷:火星表面成分探测器、多光谱相机、地形相机、火星列车表面探测雷达、火星表面磁场探测器和火星气象测量仪。

来看看美国的毅力号

美国探测器使用地面漫游车配合火星直升机，主要配置在火星漫游车上。

“坚忍”号火星车携带了7台仪器:桅杆相机、火星环境动态分析仪、火星氧气原位资源利用实验仪、X射线岩石化学行星载荷、火星地下雷达成像实验仪、宜居有机和化学物质拉曼和冷光扫描探测器、超级相机。

桅杆相机是毅力号桅杆上的多光谱装置。它可以拍摄高分辨率的彩色图像和立体全景图像，还可以获得每秒4帧的视频，从而记录一些动态现象，如沙尘暴、云活动和天文现象。桅杆上还装有带通滤波器(400~1 000 nm)，可以获得多光谱数据，从而区分风化物和硅酸盐、氧化物、氢氧化物以及一些与水环境有关的矿物。通过这个载荷，可以得到火星车周围的地形地貌、岩石结构、矿物形态等信息，重建地质历史。同时，我们还可以得到大气与地表相互作用的信息，从而对当前的大气和天气状况进行评估。

火星环境动力学分析仪是一套用于环境监测的传感器。它可以记录尘埃的光学性质和大气参数(风速、风向、气压、相对湿度、空气温和地温)，还可以获得大气气溶胶的性质。

火星氧元素原位资源利用仪可以消耗火星大气中的二氧化碳产生氧气，主要由二氧化碳捕获压缩系统和固体氧化物电解器组成。用电化学方法将二氧化碳分解成氧气和一氧化碳。该有效载荷不仅可以验证此次任务中的原位资源利用技术，还可以利用火星大气生产可呼吸的氧气，用作火箭燃料，为人类探索火星的任务做准备。它还可以测量大气尘埃的大小和形状，了解尘埃对火星表面环境的影响。

X射线岩石化学行星载荷通过对目标岩石和土壤发射X射线，然后分析诱发的X射线荧光，可以获得亚毫米级的物质化学成分，可以检测Na、Mg、al、Si等近30种元素。

火星地下雷达成像实验仪是一种探地雷达，可以发射频率为150 MHz~ 1.2 GHz的雷达脉冲信号。理论上垂直分辨率为14.2 cm。它在漫游车行驶过程中工作，可以在不同的模式下运行。火星车每行驶10厘米，就会默认切换到深穿透模式或浅穿透模式。该仪器有望获得地下10米以内的信息。

宜居环境中有机和化学物质的拉曼和冷光扫描检测仪是一台深紫外共振拉曼和荧光光谱仪，将它固定在机械臂上，可以用248.6 nm激光获得小于100微米·米的束斑中物质的成分，该仪器对芳香族有机化合物和碳聚合物的检测非常灵敏，也可以检测脂肪族有机化合物。除有机物外，还可以检测到与水环境有关的粒径在20微米以下的矿物质。

超级相机是遥感载荷，包括遥感光学测量和激光光谱仪。它可以从远距离高效快速地获得样品的高精度矿物和化学信息以及原子和分子的组成。载荷包括4台光谱仪:①激光诱导烧蚀光谱仪，使用1 064 nm激光探测7米内的目标；②拉曼光谱仪，用532 nm激光探测12m内的目标；③时间分辨荧光光谱仪；④可见和红外反射光谱仪，波长范围400~900 nm，1.3~2.6微米m，这些光谱仪可以获得样品的矿物信息和分子结构，也可以直接寻找有机化合物。同时，SuperCam的激光可以去除样品表面的灰尘，远距离获取灰尘下的表面物质信息。有效载荷还包含一个彩色远程微型成像仪，可以获得样本的高分辨率图像。

对比结论

从次表层雷达成像、光学相机等载荷来看，中美在同类载荷的性能上大致相当。例如，地下雷达的探测深度和分辨率是相等的。

毅力号附近的巨大核衰变电池使用钚-238。

但是通过对比两家公司的负载，我们可以看到关键词“激光”频繁出现在毅力的相关负载中。为什么？因为毅力号使用的动力是一种叫做“多任务放射性同位素热电发生器”(MMRTG)的核电池。它可以提供 110W的电力，在太阳强度较弱的火星上支撑多个大功率负载(如激光)发挥着重要作用。

在美国同位素温差发电技术领域深耕多年，技术优势强大。火星探路者号于1996年发射，勇气号于2003年发射& # 34；而“机遇”号已经使用了放射性同位素，所以你看不到它们的太阳能电池板，因为它们不需要，而且它们的核电池在输入功率和能量转换率上有很大优势。

此外，美国在登陆技术、deep 空网络通信和控制支持等方面有着深厚的技术和设施积累。这些需要客观看待！

必将从跟跑到并跑直到领跑

中国的行星探测工程在2030年前安排了4次探测任务，重点研究太阳系起源与演化、小天体和太阳活动对地球的影响、地外生命信息探测等重大科学问题。以火星探测为重点，按照“一步巡视、两步采样返回”的发展路线，2020年实施首次火星探测任务，2030年左右实现火星采样返回探测任务。

此外，还将原位探测两种太阳系天体，一大一小，2024年左右实现小行星探测，2030年左右开展木星系和行星际探测。这两次任务是一次任务实现多个目标，体现了我国深空探测目标多、科学产出高的特点。

中国已经成功执行了嫦娥一号、嫦娥二号、嫦娥三号、嫦娥五号和嫦娥四号五次任务。这些任务的成功实现，标志着我国掌握了一批月球探测关键技术，取得了一大批科学成果，建立了较为完整的工程体系，为全面开展月球探测和进一步开展深空空探测奠定了基础。

相信依托中国强大的制度优势和战略执行力，中国一定会在深度空探索领域从脚跟跑到脚尖，直到领先！

参考资料:

1.“田文一号”:中国首次火星之旅，解放军报，2020年7月10日；

2.解读阿联酋“希望”号火星探测器，中国航天，2020，3；

3.火星探测先进能源技术专利分析与布局研究，2020，3；

4.深空探测技术，红外与激光工程，2020，5

5.中国首次火星探测任务的科学目标和有效载荷分配，深圳探测学报空，2018年10月

6.美国2020火星车着陆区选择的进展及对2020着陆探测的一些思考载于《中国火星任务》，《深度探测杂志》，2017年8月。

7.维基、百度等

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