出品：科普中国
制作：中国科学院国家天文台 郑永春 张硕 孔啸 陈洁
监制：中国科学院计算机网络信息中心
9月20日，由中国科学院主办的第三届北京月球与深空探测国际论坛开幕。我国首次火星探测任务总设计师张荣桥在开幕式前的新闻通气会上表示，计划于2020年前后实施的火星探测目前进展顺利，探测任务中将完成对火星的环绕和着陆巡视探索，收集火星的空间环境、形貌特征、表层结构、大气环境等重要数据。
中国首探火星进展顺利（图片来自网络）
作为太阳系八大行星之一，人类为何对火星情有独钟？登陆火星为什么那么困难呢？
火星上的世界
纵观太阳系演化历史，我们发现人类的命运其实十分脆弱，面临地震和海啸、火山爆发、小天体撞击、地球磁极倒转、超级太阳风暴等重大灾难，这些灾难甚至可能导致地球生命大灭绝。
因此，人类必须有足够的危机感和紧迫感，在灭顶之灾来临前，找到可以延续人类火种的避难所。
火星（图片来自网络）
由于航天运输能力的限制，人类还无法飞出太阳系。而在太阳系内，只有火星的自然环境与地球最相似，是人类移居外星球的首选目标。
人类迄今已开展42次火星探测，1996年以来就已发射11颗探测器，取得大量探测资料。火星已成为除地球外人类认识程度最高的行星，甚至超过人类已经登陆过的月球。
如何登陆火星
回顾世界各国的火星探测历史，我们发现，安全着陆在火星表面主要通过3种方式来实现：
第一种方式是气囊缓冲。这种方式适用于轻质量着陆器的登陆，当着陆器在火星表面着陆前，包裹着陆器的气囊充气展开，通过气囊在火星上的弹跳逐步降低高度，实现成功着陆。
1996年12月4日发射的探路者号火星车就是采用气囊缓冲方式，成功着陆至火星表面，初步验证了进入火星大气、减速和着陆缓冲全过程的可行性；
2003年6月和7月分别发射的勇气号与机遇号这对“孪生”火星车，使气囊缓冲着陆的方式得到了充分验证，成功实现了对火星表面较大范围的巡视。
勇气号和机遇号火星车采用气囊缓冲方式，成功着陆在火星表面
第二种方式是着陆支架缓冲。2007年8月4日发射的凤凰号着陆器比机遇号和勇气号火星车的质量更重，如果依靠降落伞和安全气囊着陆，则需使用更大面积的降落伞和体积更大的气囊，但这会挤占所搭载的科学仪器的重量。因此，凤凰号采用了火箭反推和着陆支架缓冲的方式，实现在火星北极地区的安全着陆。
凤凰号着陆器利用反推火箭实现动力减速，这种方式适用于较重着陆器的着陆，同时可准确选择着陆点
第三种方式是空中吊车着陆，这种方式适用于大质量着陆器的登陆。
2011年美国发射的好奇号火星车首次采用这种技术并获得成功。当探测器距离火星表面11千米高度时，先打开巨大的降落伞降低飞行速度，24秒之后，热保护罩脱离。
当探测器下降到1.4千米高度时，背壳分离，探测器上的八台制动火箭点火，通过火箭反推将下降速度从每秒80米减速至每秒0.75米。
当探测器距离火星表面20米高度时，着陆器在空中“悬停”，空中吊车释放出尼龙绳，将“好奇”号火星车从着陆器上吊运到火星表面，实现着陆。
登陆火星需要热保护罩、大降落伞、反推火箭、空中吊车等多种技术手段混搭，才能确保航天员安全登陆火星表面
登陆火星的准备
1.火星航天服
航天服是保障航天员生命安全和工作能力的个人密闭装备，用于保护航天员在真空或稀薄大气、剧烈温差、强烈太阳风和宇宙射线、微陨石撞击等地外天体表面环境中安全生存。
火星航天服（图片来自网络）
人体血液中含有氮气，在真空中的体积会膨胀。如果不穿加压的密封航天服，航天员因体内外压差悬殊危及生命。登陆月球和火星表面的舱外用航天服还具有氧气供应、温度调控等设施，保障航天员出舱活动和实现天体表面考察。
2. 火星发电站
火星上没有加油站，载人飞船和火星车都需要太阳能电池作为能源，我们头顶的国际空间站拥有一套强大的太阳能发电系统。电力越充分，宇航员可以开展越多操作和实验，并降低某套系统故障带来的危险。
万一遇到火星上天气不好怎么办呢？为了能在火星上生存，需要绝对可靠又耐用的电力来源，同位素温差电池是一个现实的选择。
同位素温差电池实际上是一个小型的核反应堆。放射性同位素在衰变过程会产生大量热能，同位素温差电池就是这些热能转换成电能的发电系统。
同位素温差电池（图片来自网络）
为了避免放射性物质泄漏污染太空，真实的同位素温差电池都用多层十分坚固的材料密封包装，即便发生飞船爆炸等灾难性事故，也不会产生一丝裂痕。
载人登陆火星的宏大目标已经成为全人类的共同梦想。虽然人类探索火星的道路将充满挑战，但只要我们拥有挑战和冒险精神，相信不久的将来一定会实现这个伟大的目标！
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