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划重点：
4月24日航天日，中国火星探测着陆项目的名字正式发布，国家航天局把它命名为“天问”。
天问一号是中国第二个火星探测项目，2011年萤火一号，因为俄罗斯火箭发射失败而未能进入轨道，这一次，将由中国人自己来发射和入轨。
中国航天“第四里程碑”
从科学发展的角度来说，天问一号可以被评价为中国航天事业的第四个里程碑，前提是项目顺利成功。
东方红一号是中国人第一次把物体送进了地球轨道，此为第一里程碑。
神舟五号把一名中国人送进地球轨道然后安全返回，此为第二里程碑。
嫦娥一号成功把一个探测器送到另一个天体的轨道上，此为第三里程碑。
任何一个里程碑的实现都是中国科学技术能力的一次巨大飞跃。
为什么这么说？可以做一个等比例的几何绘图。
如果按真实比例，火星和地球在这张图上是两个看不见的小点
地球公转轨道直径2.99亿千米，火星公转轨道直径4.5亿千米，两者都接近于圆形。
用正常比例把火星和地球的轨道打印在同一张A4纸上，如果火星公转轨道和这张纸的两个长边相切，那么地球在图上就是一个直径0.006毫米的小点。当然，火星在这张图上的直径就更小了。
天问一号火星探测，好比从地球这个小点上发射一个实际直径只有几米的物体，飞过漫漫宇宙，抵达0.55亿~4亿千米之外的另一个小点。这样的难度，比弹道导弹末段拦截还要大。
问题来了，为什么要做？
自从航天技术问世以来，有潜力和基础的国家在太空探索方面都趋之如骛，对这种现象比较现实的解释，是可以通过航天技术来发展弹道导弹技术、军事情报和指挥能力、民用高技术产业等等。更重要的是，这种极限挑战可以有效提升科学和工业水平，以及优化资源配置和管理，也是攒经验升级的有效手段。
全系统投入预测在50-100亿元
由于不同国家的经济、社会、工业发展情况有着天差地别，很难用统一标准来衡量同类宇航项目的经费投入。甚至于探测器和火箭如何抵达发射场，在不同的国家也有不同的形式，会付出不同的成本。
在很多研究中，人们都会采用国内购买力平价标准来讨论问题。我们也可以用购买力平价汇率，根据美国火星探测计划的预算，来反推天问一号的经费需求。
美国正在执行的火星2020计划，将把一辆漫游车、一台无人机送到火星表面。项目总经费24.6亿美元。
按照近期人民币购买力平价汇率，1美元可以兑换3.63人民币。那么如果在中国实施火星2020计划，就要花89.298亿元。当然，火星2020和天问一号的技术指标并不一样，很难简单地用上面的方式来对比。
但是大致可以推算，天问一号全系统的投入在50~100亿人民币之间。
至于这些钱都花到哪里去了，也和国外一样，可以分成探测器研制、火箭采购、测控网建设和运行、探测器数据分析这4个主要方向，而四个方向再细分下去，还可以分解为更多、更细的项目，仅仅是参与单位的名字，就能列出一个长长的清单。
天问一号的工程中包括在全国多地建设的新型大口径测控天线和测控设施。这些设施是可以长期使用的。下一次火星任务就不需要列入建设费用了。而美国已经拥有成熟的深空测控网，在讨论预算的时候，只需要列入短租费用。
欧美冷战启动火星探测
冷战后世界上开展了火星探测器研究的国家，包括了美国、欧洲、俄罗斯、日本和印度。其中开展漫游车计划的只有美国和欧洲以及俄罗斯。
日本和印度虽然对漫游车保持着高度的关注，但是由于财力和人力等各方面的因素，一直没有采取实际的行动，而在火星漫游车方面，走在最前面的则是美国。
美国先后发射了机遇号和勇气号两台小型漫游车，在火星表面运行了十多年，为人们发回了丰富的火星资料，目前还在火星上工作的就是大型漫游车好奇号。这三台火星车最重要的贡献，就是证明了火星表现真的是一片红色的荒漠，以及人类用望远镜或者绕飞轨道器所探测到的信息基本是准确可靠的。
目前美国和欧洲各有一个火星漫游车项目正在执行，分别是欧洲“火星生命2020”和美国的“火星2020”。这两个项目的重点，都是寻找火星上的生命痕迹。对于火星上有没有生命，人们进行了长期的争论。最近一些年，欧洲发射的火星“微量气体观测器”发现，火星大气中的甲烷浓度会发生季节性的变化。火星表面是没有生命的，甲烷浓度变化意味着，火星浅地下很可能存在着低等生命。寻找它们存在的证据，也成了美欧火星探测的重中之重。
欧洲的微量气体观测器发现火星上的甲烷浓度有季节性变化
2001年，欧洲航天局启动了一个叫做奥罗拉的火星探测计划，其中就包括发射一台称作火星生命的漫游车。为了寻求国际合作，欧洲航天局习惯性地找上了美国航宇局。经过几年的谈判，双方于2009年7月签订合作协议，打算在2018年发射欧洲研制的火星车，由美国提供运载火箭。但是2012年，美国政府表示，因为预算问题，与欧洲航天局的合作取消了。
欧洲航天局与俄罗斯签订火星探测合作协议
欧洲与俄罗斯也保持着航天合作关系，2013年3月，欧洲航天局寄希望于俄罗斯，双方达成协议，由俄罗斯研制“哥萨克”号着陆器，把欧洲研制的“富兰克林”号漫游车送上火星。因为项目调整而错过了2018年时间窗口，发射日期被定在了2020年。但是新冠肺炎的蔓延沉重打击了欧洲航天工业，2020年的时间窗口已经不保，欧洲航天局宣布，把发射日期推迟到了2022年，任务名称也随之改为火星生命2022。
美国方面则并未受疫情影响，负责火星2020的美国喷气推进实验室没有放慢脚步。NASA的推特也经常公布关于火星2020漫游车的研制进展。
2020，火星探测关键年
不出意外，2020年将成为人类火星探测史上的重要节点中美的两台火星漫游车启程。如果错过这个时刻，下一次发射就要和欧洲一样，等到2022年了。这是为什么呢？
如前文所述，地球和火星都是绕着太阳公转，轨道半径也一样，因此绝大多数时候，地球和火星的距离都相当远。距离最近的时候，地球，火星和太阳成一条直线，此时，发射探测器前往火星，理论上飞行时间肯定是最短的。
要想用最短的时间从地球抵达火星，就必须选择在火星即将碰上太阳和地球连线的延长线时的这个窗口。探测器在经过了五个月飞行以后，火星正好抵达这条延长线和自身轨道的交点，如果探测器在这个时候也正好抵达，就会被火星的引力场所捕获，这样就完成了第一步。
打个比方，这就好比快递小哥要准时在收件人到家的同时，把包裹送到，否则就要等他第二天下班才能相遇。要想准时准点送达包裹，快递小哥必须精确地计算自己到小区门口的车程，还要精确地知道收件人到小区门口的车程，让两个人正好能够进入互相喊话可以听到的距离，这次投送才能够取得成功。
对大型航天计划来说，拖延两年不仅仅会耽误科学研究，也会带来巨大的经济损失。
首先，火星车制造出来以后，如果两年之内不能发射，就必须为它设置一个温湿度、洁净度要求严格的保存环境，耗资巨大。火星车上的元器件寿命是有限的，如果要耽误两年才发射，有些元器件就必须更换，损失巨大。而且，火星探测需要一个高学历、高薪水团队，这些人把大量时间精力放在白白等待上，损失更大。因此，只要有一丝希望，火星探测的时间窗口是不能错过的。
准确捕获这样的发射窗口，对中国航天来说，是一项巨大挑战，而如何把漫游车从火星轨道降落到火星表面，则是另一个挑战。
中国航天在这方面具备两种先导的经验，首先是卫星和飞船从地球轨道上重返大气层，其次是嫦娥三号和嫦娥四号在月面上的自主降落，理论上，把这两样技术结合在一起，就可以实现火星的安全着陆了。
问题没有这么简单，因为火星引力要比月球大的多。
如果直接沿用嫦娥三号或嫦娥四号的着陆系统，发动机推力就不够大，无法抵消火星上比较大的重力加速度，导致着陆器降落得太快，最后坠毁在火星表面上。
如果沿用神舟飞船的返回方式，由于火星大气稀薄，无法提供像地球大气层那样足够的阻力，只靠降落伞，也会因为加速太快坠毁。这方面，欧洲已经交了两次学费。
美国人采用过两种着陆方式：气囊着陆和天车着陆。
第一种方式和汽车安全气囊的原理一样，当着陆器接近火星表面，就把裹在外面的好多个气囊同时充气，把整个着陆器包裹起来，在火星表面一边蹦跳一边放气，最后停顿下来，打开气囊内部的硬质背板，放漫游车出来。第二种方式也就是用一个反推火箭组成的平台吊着好奇号漫游车，慢慢降落到火星表面，这种方式对降落过程中的姿态控制和速度控制有极为严格的要求。
为什么要自主探测火星
有人会问，美国宇航局公开了美国研发的三台火星漫游车获取的数据，为什么中国还要自己去发射一台漫游车，为什么要迎难而上？
实际上，几乎没有哪个西方航天强国会把自己获取到的太空探索数据真正公开的展示给全世界研究者。如果我们到美国航宇局的网站上去寻找三台火星漫游车的探索成果，只能拿到一些零星数据，想要完整数据包是没有入口的。
美国航宇局虽然有公布一些炫酷的照片，但真正能够用来研究的数据，外界是很难拿到的，必须通过某种机制的科研合作才能够拿到，最典型的是等价交换。也就是用自己的独特数据和独特能力来交换。这与商业环境中，头部企业之间共享数据的机制是一样的，底层企业就算花钱买，也未必能得到自己想要的东西。
长远来看，按照“钢铁侠”马斯克的说法，人类终将要成为一个多星球种族。
也就是说，人类迟早是要向太空移民的，那么在地球周围的这些天体当中，火星可能是眼下最合适的目的地。
这颗红色的星球上虽然没有氧气，没有湖泊、海洋也没有生命。但是它的气温条件还算不错，赤道附近的温度可以供人类正常生存。至于水和氧气，则可以用人工方法来制造。与此同时，火星上丰富的岩石、土壤和矿产，完全可以成为人类建设火星城市的基本材料。
如果人类能够持续生存和发展下去，离开地球，移民到广阔宇宙中，寻找下一个类似于地球的栖息地，或将成为历史的必然，而火星有可能就是这种远航的第一站。因此，无论有多大的困难，包括中国在内的全人类，都是一定要登上并且开发这颗红色星球的。（作者：魏半城）
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