火星探测一直是世界各国的科研工作中的重要组成部分，2020年7月23日我国长征五号运载火箭，托举着天问一号从海南文昌航天发射场起飞，我国的航天事业又前进了一步。
但是你知道吗，火星探测的难度非常之大，截至2021年7月全球火星探测47次任务也只有20次是成功的，成功率仅仅有42.55%，火星探测真的有这么难吗？
图 1天问一号探测器着陆平台与巡视器合影图
是的，火星探测真的是一项非常艰难的任务。
火星探测任务中不仅仅是探测，这其中有飞越、环绕、着陆、巡视等多种任务，每一项任务都需要面对诸多困难。
以环绕任务为例，距离是第一个要面对的难题。月球与地球的最小距离约36万千米，最大距离约40万千米，而火星与地球的最小距离在5500万千米，最大距离约4亿千米。即使是火星与地球的最小距离，也远远超出月球与地球的最大距离，地火最小距离是地月最大距离的137.5倍。
因为月球是围绕地球公转且轨道的偏心率很小，所以与地球的距离相对稳定，而火星是以椭圆轨道围绕太阳飞行，因此地火距离的变化区间非常大。
图 2苏联第一个成功实现软着陆的火星探测器火星 3 号
距离远就会使得通信产生延迟，在地球上任意两点的通信只需要0.13秒就可以实现，可谓是弹指一挥间，而地月之间的延迟会延长到2.5秒，这个延迟对我们普通人而言延迟2.5秒好像还在忍受范围之内，但当地球与火星处于最大距离时的延时即使是光速，也会有44分钟的延时！
所以为了尽可能地降低探测任务的难度，因此科学家们会选择在地球与火星距离最近的时候，进行火星探测任务，那这又会出现第二个难题。
图 3猎兔犬－ 2 着陆器
第二个难题就是探测的机会十分难得。火星冲日每隔780天会发生一次，在这个时候是地球和火星逼近的机会，也就是火星探测窗口。火星探测窗口的出现意味着，在这个窗口期航天器从地球出发到达火星所需要的能量最少，但即使是派出地球上最快最先进的探测器，也需要在苦苦等待26个月才能发射，而且一定不能错过，一旦错过就意味着再等待780天。
图 4火星
在等待的780天里虽然时间长但给予科研人员不断改进的时间更多了，在这么长时间里科研人员需要解决的，也是火星探测环绕任务里的第三个难题——强力的火箭需求。
无论是从地球发射怎样的探测器，都需要保证探测器完全摆脱地球，克服地球引力和空气阻力。前面提到火星围绕太阳飞行，这也就意味着，除了地球引力之外，火星探测器还需要克服很大的太阳引力，因此对于火箭的要求非常高。
图 5火星探路者着陆器及索杰纳火星车示意图
除了对火箭的要求极高以外，火星探测器也需要有极强的功能，这就是第四个难题。
在前面的介绍中，我们了解到火星与地球之间传递信息是有延时的，所以说单靠地面指令控制指挥是不能够做到十分的精准，这就要求火星探测器要足够地智能化，拥有独立且智能的通信功能、自主导航制导控制功能、自我故障检测修复功能。
除此之外，火星探测器需要在到达火星附近之后，必须精准地切入火星轨道，并完成改变轨道、大幅增加燃料需求的一系列动作。
图 6天问一号着陆平台与巡视器印迹影像
以上功能的具备不仅仅增大了科研难度，还使得探测火星的成本变得极高，有成本投入就需要有回报，因此火星探测器还需要搭载各种高科技仪器，去操作一系列的科研实验，只有这样带才能够让成本与回报相平衡。
另外成本中还涉及了地面设施建造，由于火星探测十分遥远，距离遥远、延迟时间长，这样火星探测器与地球通信时间变得极为宝贵，要建立一个能够实现全天域覆盖的强大深空通讯网络也是需要花费十分高昂的成本。
图 7祝融号火星车拍摄的着陆点全景展开图
仅仅是实现环绕火星过程中需要克服的难题就已经如此之多如此之复杂了，要想完成一次降落，遇到的问题将会更加地复杂化。
图 8火星丘陵形成的光影效果——传说中的人脸
火星大气密度低，仅为地球大气密度的 1%。大气稀薄但其中有95%都是二氧化碳，在探测器进入时,会因为摩擦产生大量气动热，温度高达2000摄氏度，如果这时探测器的防热系统不能对探测器进行很好地保护，那么就会造成非常严重的后果。
因此要想实现安全着陆，一个能够隔绝热量的隔热罩十分有必要。如果单单的只是隔热功能,尚且能够通过研究升级材料解决，但要在这基础上配备减速和实现与反冲发动机联合工作，这就让整个着陆工作的难度又提高了好几个级别。
图 9火星 3 号传回的火星表面照片
火星表面环境十分复杂，不仅到处是高山斜坡、岩石沟壑，还有因大气运动带来的巨大沙尘暴。资料显示，几乎在每个火星年里都要发生一次，最大可达地球12级台风的好几倍，而且一旦刮起来可持续3个多月。
着陆时不仅要精确合理地选择着陆位置，实时对着陆地区障碍地形和着陆点进行检测、评估来规避障碍物，还要考虑着陆时的稳定性。
图 10好奇号着陆火星
即便火星探测的难度很大，但是人类并没有因为难而停止探索的步伐，火星探测的阶段大概可以分为三个时期：冷战时期（1990年前）、20世纪90年代（1990－1999 年）和21世纪（2000年至今），根据统计，截至2021年7月，全球共进行了47次火星探测任务，共成功20次，部分成功7次，失败20次，成功率不足50%。
但我们仍然可以发现，三个时期的成功率始终是在进步之中，从最初的24%一直提升到29%乃至80%，我们可以很直观地感受到，尽管火星探测工作面临着许多挑战，但在一次次的实践积累之下，人类的技术也在不断地改进与提升。
我志在寥阔，畴昔梦登天2021年5月15日7时18分，我国天问一号探测器成功着陆在火星乌托邦平原南部预选区，首次火星探测任务着陆火星取得圆满成功；
2021年5月22日，我国的祝融号火星车驶离着陆平台在火星表面下留下轨迹，这是属于中国人民的印记。
参考资料：
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[4]清蒸鲈鱼.天问一号:中国首次火星探测[J].求学,2020(41):65-66.
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[7].探测火星有多难?[J].黄金时代(学生族),2019(12):27-31.
[8].附图：截至2021年7月底的火星探测任务一览表
作者：新茶 校稿编辑：小宛
