很早的時候,靠天吃飯的人們即已留意到天上有顆“星星”,有時異常明亮,泛著紅光,是夜空中“最亮的星”,有時亮度不及旁邊的“大星星”。它時而自西向東運動,時而從東向西,行蹤捉摸不定,讓人很是迷惑。我們的祖先叫它“熒惑”,取“熒熒火光,離離亂惑”之意,日本人干脆稱其為“災難星”,西方人把它同羅馬神話的戰(zhàn)神瑪爾斯(Mars,火星)聯(lián)系起來。在先民眼里,這是顆很不尋常的“星星”。數(shù)千年來,人們仰望它,向它發(fā)問:“日月安屬 列星安陳 ……自明及晦,所行幾里 ”(屈原《天問》),揚言“預備征服戰(zhàn)神瑪爾斯,把他俘虜?shù)轿业男潜碇衼,我已?jīng)為他準備了枷鎖”(開普勒語),學伽利略,將望遠鏡對準它,觀測它。隨著空間技術(shù)發(fā)展和人類對太陽系認知加深,進入20世紀后,火星作為太陽系中距離地球較近、自然環(huán)境與地球最為類似的行星之一,成為各國探測的重點對象。從20世紀60年代開始至2020年6月底,全球共開展了44次火星探測任務:美國21次,蘇俄19次,日本1次,歐洲2次,印度1次,僅有24次成功,其中能夠著陸火星并成功開展探測任務的次數(shù)更少。
別看火星個小,太陽系八大行星中第二小的行星,直徑僅為地球的一半,想要揭開它的真面目可不是件容易的事。拋開距離遙遠不說,火星的大氣環(huán)境、每年都會形成的幾場大沙塵暴等,為人類探測、著陸火星增加了很多難度。1997年,全球第一輛火星車“旅居者號”(Sojourner)登陸火星,在那里進行了3個月的地表探勘。24年后,2021年5月15日,天問一號探測器搭載的“祝融號”探測車在火星烏托邦平原南部預選著陸區(qū)著陸,中國成為繼美國后第二個在火星上運作火星車的國家,全球首個一次任務實現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸和巡視(以下簡稱“繞、著、巡”)的國家。在行星科學家羅伯特?奧羅塞看來,“這項任務對中國來說是一個巨大的飛躍,因為他們一次就完成了美國宇航局花了數(shù)十年才完成的任務。”
火星上第一次留下了中國人的印跡,如此具有劃時代和里程碑意義的事件值得我們永遠銘記。8月30日,在“祝融號”火星車駛上火星表面100天之際,國家航天局聯(lián)合中國人民銀行在北京舉辦中國首次火星探測任務成功金銀紀念幣發(fā)行儀式,紀念我國成功邁出星際探測征程的重要一步。據(jù)悉,該套紀念幣共3枚,其中金質(zhì)紀念幣2枚,銀質(zhì)紀念幣1枚,正面圖案均為中國行星探測標識,并刊國名、年號;背面圖案分別以首次火星探測任務“繞、著、巡”為主題,并刊“中國首次火星探測任務成功天問一號”及面額。
其中最契合主題,將“繞、著、巡”融合于方寸之間的當屬這枚150克圓形金質(zhì)紀念幣,你看那金光閃閃的背面應有盡有:“祝融號”火星車、天問一號著陸平臺、火星地表圖像……據(jù)該紀念幣設計師透露:“在設計紀念幣之前,我就想展現(xiàn)科技感這一主題,整體畫面通過線條以及塊面之間的穿插形成相對嚴密且層次豐富的畫面效果。畫面的基礎(chǔ)架構(gòu)圍繞火星所展開的,一圈圈環(huán)形的軌道以及自轉(zhuǎn)夾角選用線條化表現(xiàn),透射出精確嚴謹之感,富有科技美。”位于幣面中心點附近的“25.19”代表火星自轉(zhuǎn)軸傾角為25.19度,與地球(約23度)十分接近。火星和地球一樣,都是傾斜著身子自轉(zhuǎn),由于兩者自轉(zhuǎn)軸傾角差不多,自轉(zhuǎn)周期也近似,火星上的“一天”(也就是自轉(zhuǎn)一圈的時間)只比地球的一天長約40分鐘,而它的晝夜長短及四季變化也幾乎與地球一樣。更關(guān)鍵的是,火星土壤含有豐富水分,科學家還在火星上發(fā)現(xiàn)了首個液態(tài)水湖,難怪最“像”地球的火星會成為全球關(guān)注的焦點。
對天問一號探測器而言,這趟漫長的火星之旅最難的部分在著陸的環(huán)節(jié)。設計師巧妙地將其在軌道上運行,著陸的過程清楚的分解并展現(xiàn)于幣面右側(cè)。所謂“繞、著、巡”,就是人類對火星進行環(huán)繞探測、著陸探測和巡視探測。環(huán)繞探測可以簡單理解為探測器進入火星軌道,環(huán)繞火星飛行,遠距離對火星進行整體普查甚至是全球勘測;著陸探測和巡視探測則是對火星進行區(qū)域性詳查,得有“祝融號”這類火星車降落到火星表面進行著陸探測,且能長時間在火星工作,實現(xiàn)巡視探測。“繞、著、巡”的技術(shù)難度是依次遞增的,越往后難度越大。很多國家對火星的探測只能到環(huán)繞探測這一步,沒法再往后推進,其難點在于無法登陸火星。其實天問一號探測器早在2021年2月10日就成功“剎車”被火星捕獲,進入環(huán)火軌道,直到3個多月后才“落地”火星表面,不是因為它不想快點與火星近距離接觸,而是一直在等待合適的時機。天問一號探測器主要由兩部分組成:環(huán)繞器和著陸巡視器(包括“祝融號”火星車和進入艙),不做好萬全準備,“天問一號”是不會輕易著陸的,基于火星與地球距離尚遠,“天問一號”發(fā)出的訊號不能及時傳送到地球,科學家們無法提供任何指導,它只能依靠自己。
有賴環(huán)繞器對火星長時間、多維度的探測,2021年5月15日凌晨,在火星上空環(huán)繞盤旋了3個多月的“天問一號”終于決定降落,在距離火星表面125千米高度處,環(huán)繞器和著陸巡視器實現(xiàn)分離,后者向著火星表面進發(fā),歷經(jīng)約3小時飛行后,進入火星大氣層,經(jīng)過約9分鐘的減速、懸停避障和緩沖,成功著陸。中國航天科技集團五院總體設計部火星探測器總體主任設計師王闖在接受記者采訪時表示,“這是整個火星探測任務中風險最高的一步,進入過程是未知的,存在約20分鐘的單程通訊時延,因此整個著陸過程無法由地面實時控制,只能靠天問一號自主完成。”
有人將著陸巡視器落“火”的9分鐘稱為“恐怖9分鐘”,因為它要在短時間內(nèi)實現(xiàn)從4.8千米/秒到100米/秒的減速,另外還要面對很多未知的風險,但凡一個環(huán)節(jié)出錯,都無法成功著陸火星。在“天問一號”減速著陸火星的過程中,有一個裝置不容忽視,正是因為有了它的保護,著陸巡視器才得以平穩(wěn)降落在火星表面。它就是出現(xiàn)在幣面右側(cè)的降落傘,準確來說,是一把打開之后長度可以達到34米、面積達200平方米的超音速降落傘,它由48根傘繩牽引,顏色為紅白色,傘衣上有火字圖案。隨著降落傘打開,著陸巡視器的速度再次下降,到距離火星表面還剩100米的時候,著陸平臺懸浮在空中,選擇最佳的著陸位置,然后緩緩下降,伸出4條著陸腿,與火星土壤來個親密接觸,正如幣面右側(cè)圖案所展示的那樣。
經(jīng)過一番準備,2021年5月22日,千呼萬喚的“祝融號”火星車安全駛離著陸平臺,抵達火星表面,開始巡視探測。幣面左側(cè)圖案便是由“祝融號”火星車和“天問一號”探測器拍攝的珍貴圖片,它們是“天問一號”留給我們的永恒記錄,湊近一看,火星表面小型環(huán)形坑、山脊、沙丘等地貌清晰可見。
紀念幣的C位當然要留給功勞很大的著陸巡視器和它上方的降落傘,在有限的空間里,著陸巡視器之復雜精密展露無遺,透過這枚極富動感且充滿科技感的紀念幣,我們得以重溫“天問一號”的諸多超燃瞬間,這是屬于中國航天的“高光時刻”。正是有眾多航天工作者的付出和努力,我國的星際探測得以實現(xiàn)從地月系到行星際跨越。天問一號探測器在世人注視下過五關(guān)斬六將,一次性完成“繞、著、巡”三項任務,這是其他國家在首次實施火星探測任務時從未實現(xiàn)過的。如今,“天問一號”邁出了我國行星探測的第一步,中國航天的宏偉藍圖正徐徐展開,相信未來也會有更多航天器出現(xiàn)在金銀紀念幣上,以銘記中國航天勇攀科技高峰的探索成就,讓我們拭目以待!
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