我國首次火星探測任務天問一號探測器3000N發動機工作20秒鐘，順利完成第一次軌道中途修正。截至第一次軌道修正前，天問一號探測器已在太空中飛行約230個小時，距地球約300萬公里，離到達火星也更近了一步。

天問一號探測器離軌著陸示意圖

天問一號探測器3000N發動機工作示意圖

眾所周知，我國已經成功進行了4次月球探測，也成功地在月面著陸，並利用玉兔號月球車進行了巡視探測。那麼，火星探測是否只是月球探測的簡單翻版？兩者又有些什麼區別？

探火遠比探月更難

實際上，探火和探月的區別非常大。從統計數字來看，人類對月球探測的成功率約為76%，而對火星探測的成功率僅為50%多，顯然，火星探測更為凶險、難測……

從距離上來說，月球繞地球公轉，離地球時近時遠，最近時約36萬公里，最遠時約40萬公里，平均距離約為384400公里。而火星以橢圓軌道繞太陽飛行，它與地球的最近距離約為5500萬公里，最遠距離則超過4億公里。相比月球探測，執行火星探測需要面對地火最遠距離約為地月距離1000倍的事實，需要解決的問題更多。

另外，發射窗口也大不相同。大約每隔26個月就會發生一次火星沖日，這時航天器從地球出發到達火星所需要的能量最少，也就成為了最佳的火星發射窗口，否則就需要再等兩年。而月球探測的窗口選擇就要寬鬆得多，大約每個月就有一次。

深空探測器一般分為軌道器、著陸器、巡視器。軌道器主要負責執行從與運載火箭分離後到環繞探測星球這一段的任務，完成深空飛行保障、軌道機動、對目標進行遙感等操作。著陸器則負責執行從與軌道器分離後到軟著陸於星球表面這一段的任務，完成著陸防護、著陸減速等操作。巡視器主要負責執行從與著陸器分離後在星球表面探測這一段的任務，用來完成星球表面行走、原位探測等操作。

嫦娥四號探測器首訪月之暗面路徑圖

進入奔火軌道之後，火星探測器將以第二宇宙速度在這條高速路上全速前進約7個月，其間預計執行4次中途修正。而月球探測器一般僅需沿著奔月軌道飛行5天即可進入環月軌道，其間最多只需要3次中途修正。

火星軌道器面臨的最大問題是通信距離遙遠，以及由此帶來通信時間延長和傳輸速率降低的問題。地火之間的通信單程時延最長約為23分鐘，而地月之間的通信單程時延僅為1秒左右。

換而言之，對於火星探測器來說，地面上發送一個控制指令上去，到接收到軌道器的反饋，將近1個小時的時間就過去了，這對於軌道器在近火點的點火機動尤為致命。這就要求軌道器的設計更為可靠、更為智能。另外，由於距離遠所引起的信號衰減更嚴重，探測數據的傳輸速率嚴重受限，測控及數傳碼率將低於月球探測1~2個量級以上。

由於月球的自轉和公轉週期一樣，都是1個月，所以在地球上只能看見月球的一面，背向地球的一面永遠看不見。這樣一來，著陸於月球正面的探測器就可以不受任何限制地與地球進行通信，無需中繼通信支持。

而火星自轉週期為24小時37分，幾乎和地球上的一樣長。火星公轉1週約為687天，約等於地球的兩年。探測器同時受地球、火星、探測器相對運動和地面測控站分佈的影響，測控通信難以全空間覆蓋，通信窗口極為有限。由此可見，火星探測軌道器還必須擔負起火星表面與地球之間的通信中繼任務。

著陸方式有差別

著陸器負責克服目標星球引力加速所帶來的影響，承載著陸探測載荷，以可承受的撞擊速度降落於星球表面。這裡面影響最大的就是星球表面的大氣。

嫦娥四號探測器著陸在月球背面

月球沒有大氣，著陸器只能靠發動機反推來減小下降速度，有人稱落月探測器著陸過程為“黑色700秒”。

而火星有大氣，密度大約只有地球的1%。儘管如此稀薄，但給火星著陸器帶來巨大的麻煩，使得在火星上著陸更不容易，要經歷“恐怖9分鐘”。過去的人類火星探測任務中，共有17次嘗試著陸火星，只有8次成功，成功率47.1%。

天問一號探測器著陸火星示意圖

月球沒有空氣，蘇聯月球車1號、2號，美國阿波羅登月飛船和我國嫦娥3號、4號探測器等，都採用了緩衝發動機反推+著陸腿的方式。而火星上有空氣，在火星上著陸時就需要對高速再入大氣產生的摩擦熱流進行防護。著陸器要裝備類似於神舟飛船的熱防護外殼。在速度降低到一定程度時，還需要拋掉防熱大底，展開降落傘減速降落。

火星著陸器的軟著陸方式主要有3種：一是氣囊彈跳式，二是著陸腿式，三是空中吊車式，每種方案都各有優缺點。

氣囊式比較簡單，成本也低，但只能滿足重量小的探測器軟著陸的要求；空中吊車式反之；著陸腿式介於它們兩者之間。

美國“海盜號”“鳳凰號”“洞察號”等火星著陸器都採用降落傘+緩衝發動機反推+著陸腿的方式。美國“火星探路者”“火星漫遊者”採用降落傘+氣囊彈跳的方式；美國“火星科學實驗室”採用降落傘+緩衝發動機反推+空中吊車的方式。

我國此次發射的火星著陸器將採用降落傘+緩衝發動機反推+著陸腿的方式。具體來說，那就是經過氣動外形減速、降落傘減速、反推發動機減速，展開著陸腿，緩衝著陸到火星表面。

巡視器差異大

即使實現安全著陸，在星球表面行走的巡視器也需要隨時面臨巨大的挑戰。

玉兔二號月球車

月球上沒有大氣，所以沒有風雨變幻，無法靠對流的方式來傳遞熱量。月球白天和夜晚的溫差高達310攝氏度。月球白天最高溫度可達130攝氏度，晚上溫度會下降到零下180攝氏度左右，且月球的白天和夜晚各自長達13.5天。這就使得月球巡視器在熱控方面需要特別的設計，尤其要考慮它如何度過漫長而寒冷的月夜。為此我國的玉兔號月球車身披“黃金甲”，科研人員還專門為其裝備了核電池這個“暖寶寶”。

而火星上有大氣，溫度差別沒那麼大。但大氣運動引起的巨大沙塵暴可是火星獨有的現象，幾乎在每個火星年裡都要發生一次，最大可達地球12級颱風的好幾倍，而且一旦刮起來可持續3個多月。

天問一號探測器攜帶的火星車

火星距離太陽更遠，同樣面積下，太陽光的能量只有月球表面的40%，因此火星巡視器為了接收更多的太陽光，太陽能電池板“翅膀”將變得更大，而且其方向還要不斷調整，努力對著太陽的方向。在塵暴發生時，火星巡視器受到沙塵的遮蓋，接收到的太陽光能量更是急劇下降，這就必須為火星巡視器設計一個“休眠”模式，耐心等待塵暴過去。

另外，火星表面的重力只有地球的38%，而月球表面的重力約為地球的1/6，相比來說大多了，因此火星巡視器的支撐結構也必須設計得更強壯才行，火星巡視器移動也需要更大的功率來驅動。