很早的时候,靠天吃饭的人们即已留意到天上有颗“星星”,有时异常明亮,泛着红光,是夜空中“最亮的星”,有时亮度不及旁边的“大星星”。它时而自西向东运动,时而从东向西,行踪捉摸不定,让人很是迷惑。我们的祖先叫它“荧惑”,取“荧荧火光,离离乱惑”之意,日本人干脆称其为“灾难星”,西方人把它同罗马神话的战神玛尔斯(Mars,火星)联系起来。在先民眼里,这是颗很不寻常的“星星”。数千年来,人们仰望它,向它发问:“日月安属 列星安陈 ……自明及晦,所行几里 ”(屈原《天问》),扬言“预备征服战神玛尔斯,把他俘虏到我的星表中来,我已经为他准备了枷锁”(开普勒语),学伽利略,将望远镜对准它,观测它。随着空间技术发展和人类对太阳系认知加深,进入20世纪后,火星作为太阳系中距离地球较近、自然环境与地球最为类似的行星之一,成为各国探测的重点对象。从20世纪60年代开始至2020年6月底,全球共开展了44次火星探测任务:美国21次,苏俄19次,日本1次,欧洲2次,印度1次,仅有24次成功,其中能够着陆火星并成功开展探测任务的次数更少。
别看火星个小,太阳系八大行星中第二小的行星,直径仅为地球的一半,想要揭开它的真面目可不是件容易的事。抛开距离遥远不说,火星的大气环境、每年都会形成的几场大沙尘暴等,为人类探测、着陆火星增加了很多难度。1997年,全球第一辆火星车“旅居者号”(Sojourner)登陆火星,在那里进行了3个月的地表探勘。24年后,2021年5月15日,天问一号探测器搭载的“祝融号”探测车在火星乌托邦平原南部预选着陆区着陆,中国成为继美国后第二个在火星上运作火星车的国家,全球首个一次任务实现火星环绕、着陆和巡视(以下简称“绕、着、巡”)的国家。在行星科学家罗伯特?奥罗塞看来,“这项任务对中国来说是一个巨大的飞跃,因为他们一次就完成了美国宇航局花了数十年才完成的任务。”
火星上第一次留下了中国人的印迹,如此具有划时代和里程碑意义的事件值得我们永远铭记。8月30日,在“祝融号”火星车驶上火星表面100天之际,国家航天局联合中国人民银行在北京举办中国首次火星探测任务成功金银纪念币发行仪式,纪念我国成功迈出星际探测征程的重要一步。据悉,该套纪念币共3枚,其中金质纪念币2枚,银质纪念币1枚,正面图案均为中国行星探测标识,并刊国名、年号;背面图案分别以首次火星探测任务“绕、着、巡”为主题,并刊“中国首次火星探测任务成功天问一号”及面额。
其中最契合主题,将“绕、着、巡”融合于方寸之间的当属这枚150克圆形金质纪念币,你看那金光闪闪的背面应有尽有:“祝融号”火星车、天问一号着陆平台、火星地表图像……据该纪念币设计师透露:“在设计纪念币之前,我就想展现科技感这一主题,整体画面通过线条以及块面之间的穿插形成相对严密且层次丰富的画面效果。画面的基础架构围绕火星所展开的,一圈圈环形的轨道以及自转夹角选用线条化表现,透射出精确严谨之感,富有科技美。”位于币面中心点附近的“25.19”代表火星自转轴倾角为25.19度,与地球(约23度)十分接近。火星和地球一样,都是倾斜着身子自转,由于两者自转轴倾角差不多,自转周期也近似,火星上的“一天”(也就是自转一圈的时间)只比地球的一天长约40分钟,而它的昼夜长短及四季变化也几乎与地球一样。更关键的是,火星土壤含有丰富水分,科学家还在火星上发现了首个液态水湖,难怪最“像”地球的火星会成为全球关注的焦点。
对天问一号探测器而言,这趟漫长的火星之旅最难的部分在着陆的环节。设计师巧妙地将其在轨道上运行,着陆的过程清楚的分解并展现于币面右侧。所谓“绕、着、巡”,就是人类对火星进行环绕探测、着陆探测和巡视探测。环绕探测可以简单理解为探测器进入火星轨道,环绕火星飞行,远距离对火星进行整体普查甚至是全球勘测;着陆探测和巡视探测则是对火星进行区域性详查,得有“祝融号”这类火星车降落到火星表面进行着陆探测,且能长时间在火星工作,实现巡视探测。“绕、着、巡”的技术难度是依次递增的,越往后难度越大。很多国家对火星的探测只能到环绕探测这一步,没法再往后推进,其难点在于无法登陆火星。其实天问一号探测器早在2021年2月10日就成功“刹车”被火星捕获,进入环火轨道,直到3个多月后才“落地”火星表面,不是因为它不想快点与火星近距离接触,而是一直在等待合适的时机。天问一号探测器主要由两部分组成:环绕器和着陆巡视器(包括“祝融号”火星车和进入舱),不做好万全准备,“天问一号”是不会轻易着陆的,基于火星与地球距离尚远,“天问一号”发出的讯号不能及时传送到地球,科学家们无法提供任何指导,它只能依靠自己。
有赖环绕器对火星长时间、多维度的探测,2021年5月15日凌晨,在火星上空环绕盘旋了3个多月的“天问一号”终于决定降落,在距离火星表面125千米高度处,环绕器和着陆巡视器实现分离,后者向着火星表面进发,历经约3小时飞行后,进入火星大气层,经过约9分钟的减速、悬停避障和缓冲,成功着陆。中国航天科技集团五院总体设计部火星探测器总体主任设计师王闯在接受记者采访时表示,“这是整个火星探测任务中风险最高的一步,进入过程是未知的,存在约20分钟的单程通讯时延,因此整个着陆过程无法由地面实时控制,只能靠天问一号自主完成。”
有人将着陆巡视器落“火”的9分钟称为“恐怖9分钟”,因为它要在短时间内实现从4.8千米/秒到100米/秒的减速,另外还要面对很多未知的风险,但凡一个环节出错,都无法成功着陆火星。在“天问一号”减速着陆火星的过程中,有一个装置不容忽视,正是因为有了它的保护,着陆巡视器才得以平稳降落在火星表面。它就是出现在币面右侧的降落伞,准确来说,是一把打开之后长度可以达到34米、面积达200平方米的超音速降落伞,它由48根伞绳牵引,颜色为红白色,伞衣上有火字图案。随着降落伞打开,着陆巡视器的速度再次下降,到距离火星表面还剩100米的时候,着陆平台悬浮在空中,选择最佳的着陆位置,然后缓缓下降,伸出4条着陆腿,与火星土壤来个亲密接触,正如币面右侧图案所展示的那样。
经过一番准备,2021年5月22日,千呼万唤的“祝融号”火星车安全驶离着陆平台,抵达火星表面,开始巡视探测。币面左侧图案便是由“祝融号”火星车和“天问一号”探测器拍摄的珍贵图片,它们是“天问一号”留给我们的永恒记录,凑近一看,火星表面小型环形坑、山脊、沙丘等地貌清晰可见。
纪念币的C位当然要留给功劳很大的着陆巡视器和它上方的降落伞,在有限的空间里,着陆巡视器之复杂精密展露无遗,透过这枚极富动感且充满科技感的纪念币,我们得以重温“天问一号”的诸多超燃瞬间,这是属于中国航天的“高光时刻”。正是有众多航天工作者的付出和努力,我国的星际探测得以实现从地月系到行星际跨越。天问一号探测器在世人注视下过五关斩六将,一次性完成“绕、着、巡”三项任务,这是其他国家在首次实施火星探测任务时从未实现过的。如今,“天问一号”迈出了我国行星探测的第一步,中国航天的宏伟蓝图正徐徐展开,相信未来也会有更多航天器出现在金银纪念币上,以铭记中国航天勇攀科技高峰的探索成就,让我们拭目以待!
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