相知无远近，万里尚为邻。从屈原向天叩问宇宙的起源，到中国航天走进火星，纵使有5000万公里之遥，火星依然是我们无可取代的“好邻居”。中国渴望用自己的双眼，领略这个红色星球的独特魅力。

100年前，著名的现代火箭之父齐奥尔科夫斯基曾说道：地球是所有人类的摇篮，但人类不可能永远生活在摇篮里。随着科学的发展，这句话已然变成了现实。我们可观测宇宙的直径约为460多亿光年，由于宇宙的膨胀，它依然在不停的长大，而我们地球不过茫茫宇宙中的一颗不起眼的暗蓝色斑点。人类必须要迈出这个摇篮，迈向星辰大海。

在开启征程之前，我们必须想要了解我们的所在的太阳系。我们先来看一下这个八大行星的展品。我们所说的八大行星特指太阳系的八个行星，按照离太阳的距离从近到远，它们依次为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。八大行星自转方向多数也和公转方向一致。只有金星和天王星两个例外。金星自转方向与公转方向相反。而天王星是在轨道上横滚的。而曾经被认为是"九大行星"之一的冥王星于2006年8月24日被定义为"矮行星"。

我们可以看到地球有两个邻居，那就是金星和火星。我们已知金星是一个外表美丽，内心狂热的“维纳斯女神”。它的地表温度近500摄氏度，大气压高于地球的90倍，充满了毒性硫化物，它俨然是一个十足的地狱！相较而言，火星则温柔多了。火星与地球同为岩质星球，演化历史和发展规律类似。火星上除了缺乏有机物，其他元素和地球构成类似，而且火星周围的小行星带拥有丰富的矿产资源，可供人类开发百万年之久，综合来看，火星对于人类是无比理想的邻居。

火星带给人类的期望高，但是探测它的难度远远超出想象。火星与地球处于太阳系内侧，地球与太阳距离为1.5亿公里，火星为2.3亿公里。地球的公转周期为365天，火星则为687天。火星轨道的偏心率为0.09的椭圆，而地球轨道接近正圆。这意味着地球与火星的距离时刻存在复杂变化，最近时5500万千米，最远时为4亿千米。所以为了节省燃料，火星探索存在窗口期，大约为780天。我们可以想象一下，把地球和火星比喻成两位再跑道中跑步的选手，地球跑内圈，速度快距离小；火星跑外圈，速度慢距离长，地球会不时的套火星一圈与它会合。

为了应对高难度探索火星工程，我国特地研制了长征五号运载火箭，并2016年11月3日首次成功发射，2020年7月23日，将“天问一号”发射至地火运转轨道。长征五号为大型低温液体捆绑式运载火箭，拥有捆绑四个助推器的两级半构型火箭，采用无毒无污染推进剂，火箭全箭总长56.97米，起飞质量约869吨，具备近地轨道25吨、地球同步转移轨道14吨的运载能力，可以完成近地轨道卫星、地球同步转移轨道卫星、太阳同步轨道卫星、空间站、月球探测器和火星探测器等各类航天器的发射任务。

那这么大的火箭用什么燃料呢？早在火箭发明之前，我们交通工具可以用汽油或柴油，也可以用电，飞机则使用航空煤油。后来，科学家发明了使用化学燃料推进的火箭发动机，火箭发动机以煤油、酒精、偏二甲肼、液态氢为主要燃料，同时需要携带液态氧等作为氧化剂助燃，液体燃料和氧化剂统称为推进剂。从理论上看，液态氢最适合做推进剂，因为氢气能量密度比较大。据统计，1克液氢充分燃烧可以产生145千焦的热量，而1克煤油或汽油只能产生45千焦的热量。同时，氢气是最清洁的能源之一，燃烧只生成水，没有任何其他废物，而且无积碳、无污染，是多级火箭燃料的最佳首选。

想要了解更多关于氢能源的知识不妨看看这件展品——可再生能源-氢能。当我们按下第一个按钮时，光线照到前方的光伏板上发电，利用电能电解水，进而制取氢气和氧气；按动第二个按钮时，氢气和氧气通过特定管道输送，净化后输送至燃料电池；按动第三个按钮时，燃料电池被启动，通过氢与氧的反应产生电能，最终驱动转盘转起。氢元素在地球上分布特别广泛，主要是以水的化合物形态存在，只要我们有足够的电源，通过电解海水可以得到充足的氢气，这种能源将来可是大有可为。

燃料的问题解决了，但探索火星对人类来说依然是个巨大的挑战。因为人类目前所掌握的以化学燃料为核心动力的火箭，不足以完成如此遥远的距离，所以我们要充分利用780天的窗口期，极可能的缩短距离节约燃料。但在实际飞行中，探测器需要在太阳系中完成一系列的大椭圆轨道，又叫做霍曼转移轨道。因为火星与地球轨道的形状不同，所以二者会合时的几何方位也不尽相同，每次窗口期的会因此发生不同变化，单次旅程长达4-7亿千米，耗时6-11个月不等。同时，因为天气和火箭总装调试进程等不确定因素会造成发射推迟，火星探测的难度可想而知。看似近邻，实则远至天涯。

2020年7月23日，中国的“天问一号”搭乘长征五号运载发射升空，并于今年2月10日被火星引力捕获，“天问一号”三个部分整体进入火星轨道。随后将认真研究火星表面的情况，并反复确认着陆点和最优着陆窗口。一旦确认，环绕器继续在轨工作，着陆器携带巡视器开始最艰难的火星着陆之旅。

登陆火星最艰难的莫过于“恐怖七分钟”。由于火星距离地球过于遥远，无线电通信延迟长达几十分钟，而登录火星需要在7-8分钟内完成，所以靠人工控制显然是不可能的，这一切全要靠着陆器自己完成，这个过程及其困难。着陆器首先必须要找准角度，先用隔热大底急速气动减速，再使用庞大的降落伞，再使用火箭点火反推，悬停避障，最后实现软着陆。上千个复杂动作，稍有不慎便会任务失败，用“刀尖上跳舞”来形容一点都不为过。据统计，人类目前完成的44次火星着陆任务，成功率不到50%，难度可想而知。着陆成功后，着陆器会与环绕器联络，把数据传回地球。一旦确定着陆成功，着陆器会放出导轨，巡视器开机，开始巡视工作。

既然着陆成功，我们不妨借助火星探测器这个展项来体验一下火星车。按下“开始”按钮，操作摇杆控制火星车寻找火星石，找到火星石后，点击屏幕“分析”按钮，分析了解火星石是否含有水分。火星车就是巡视器，全称为火星漫游车，人类发射到火星表面行驶并进行考察的一种车辆，是一个自动化的移动装置，能在着陆后在火星表面自己行走。成功发射的火星车有旅行者号、勇气号、机遇号、好奇号。我国的火星车名为“祝融号”，以火神之名字命名主要是寓意我国的星际探索的火种，指引人类对浩瀚星空、宇宙未知的接续探索和自我超越。

火星车的操作不同于月球车，它不能靠人工操作，因为火星过于遥远，信号传输需要20分钟，来回一次就是40分钟，所以它必须配备“超强大脑”来实现自动化。“祝融号”火星车可以借助”超强大脑“来判断前方是否有障碍，气温冷暖，甚至可以根据能源多少调节工作时长。当然，并不是所有问题它都能解决，如果问题特别棘手，“祝融号”可以取消当前任务，关闭部分设备节省能源，进入安全模式并等待地面处理。

既然拥有“超强大脑”，那电力资源必不可少。那火星车靠什么供电呢？目前来看，发电方案分为太阳能和放射性同位素热电机两种，登上火星的美国“勇气号”、“机遇号”、中国的“祝融号”都是用太阳能，而比较先进“好奇号”、“毅力号”则使用了后者。太阳能依然是太空探索的首选，包括人造卫星、空间站等设备均使用这种发电方案。我们在光伏发电这个展项中可以看到，按动启动按钮，使照明灯发光，观察电机是否转动、LED灯是否发光。用遮光板遮住灯光，观察电机的转动以及LED灯的亮度是否会发生变化。我们会看到当灯光照射到光伏板上时，电机旋转，LED灯发光；当改变灯光照射到光伏板上的强弱时，电机旋转速度改变，LED灯亮度发生变化。光伏发电技术就是将太阳能直接转化为电能存储起来的技术。常用的太阳能电池使用的就是光伏发电技术。其中，遮光片代表太阳照射到地球需要经过大气层和云层的阻挡，我们可以直观的看到太阳的强弱决定电力输出的大小。在太空中不存在大气层，火星上空气稀薄，大气压只有地球的1%，但火星最大的敌人是沙尘暴！

由于火星表面大气稀薄，对行星的保温效应非常微弱，导致火星不同地区温差巨大，温差会产生气压差，造成了全球性的空气流动。而且火星表面干燥，土壤和沙尘细密，气体裹挟着细沙，成为规模巨大沙尘暴，遮天蔽日，持续数月之久。沙尘暴会遮挡太阳能板，就好比展项中的遮光片，影响光照的强度无法发电，一旦电力耗尽，火星车将无法开机。所以，我们的科学家在“祝融号”的太阳能板上使用了一种表面工程技术，仿照夏天的荷叶，在上面加工出细小的针床，灰尘不易被吸附。即便落上灰尘，经风一吹或者太阳翼转动，很容易脱落，保证了“祝融号”可以获得足够的能源。

探测火星不仅是中国航天工程任务难度的新突破，更是行星科学领域的史无前例的突破。“天问一号”的成功必将推动我国的航天事业再上新台阶，希望我国可以在火星探测的基础上，不断加快向更远深空迈进的步伐，早日实现习近平总书记“一步一个脚印开启星际探索新征程”的殷切期望。