天问一号——奔火逐梦

“天问一号”探测器总重约5吨，由环绕器和着陆巡视器组成，着陆巡视器主要包括进入舱和火星车（图1）。

一、“天问一号”环绕器

“天问一号”环绕器要完成的主要科学探测任务包括五大方面：火星大气电离层分析及行星际环境探测；火星表面和地下水冰的探测；火星土壤类型分布和结构探测；火星地形地貌特征及其变化探测；火星表面物质成分的调查和分析。

“天问一号”环绕器搭载了7台有效载荷，用于火星科学探测，包括七个部分：

（1）中分辨率相机，绘制火星全球遥感影像图，进行火星地形地貌及其变化探测，如火星表面成像、火星地质构造和地形地貌研究。

（2）高分辨率相机，获取火星表面重点区域精细观测图像，开展地形地貌和地质构造研究。

（3）环绕器次表层探测雷达，利用高频电磁波的穿透特性对行星表面和内部结构的岩性、电磁参数及主要组成成分进行探测研究；利用探测器星下点高度，开展火星表面地形研究；开展行星际甚低频射电频谱研究。

（4）火星矿物光谱分析仪，分析火星矿物组成与分布；研究火星整体化学成分与化学演化历史；分析火星资源及其分布。

（5）火星磁强计，探测火星空间磁场环境，研究火星电离层及磁鞘与太阳风磁场相互作用机制。

（6）火星离子与中性粒子分析仪，对火星等离子体中的粒子特性进行研究，了解火星大气的逃逸；研究太阳风和火星大气相互作用、火星激波附近中性粒子加速机制。

（7）火星能量粒子分析仪，研究近火星空间环境和地火转移轨道能量粒子的能谱、元素成分和通量的特征及其变化规律；绘制火星全球和地火转移轨道不同种类能量粒子辐射的空间分布图；与磁强计、离子和中性粒子分析仪等联合研究近火星空间能量粒子辐射与大气的关系、太阳风暴能量粒子事件对火星大气逃逸的影响与相互作用的规律以及火星粒子加速与输运过程。

二、“祝融号”火星车

火星车是在火星登陆并用于火星探测的可移动探测器，是人类发射到火星表面并进行巡视探测的一种“特殊车辆”。“天问一号”搭载的“祝融号”火星车要完成的科学探测任务有：火星巡视区形貌和地质构造探测，火星巡视区土壤结构（剖面）探测和水冰探查，火星巡视区表面元素、矿物和岩石类型探查，以及火星巡视区大气物理特征与表面环境探测。

“祝融号”搭载了6台科学载荷，包括：

（1）火星表面成分探测仪，火星表面成分探测仪包括激光诱导击穿光谱仪（LIBS），短波红外光谱显微成像仪（SWIR）和微成像相机。LIBS（240～850 nm）用于元素组成分析；SWIR（850～2400 nm）用于矿物和岩石的分析和识别；微成像相机（900～1000 nm）可以获得探测目标的高空间分辨率图像。

（2）多光谱相机，获取着陆点周围的地形、地貌和地质背景信息，进行空间分析，获得岩石、土壤等可见近红外光谱数据；采集各种白天和黑夜的天空图像，以进行特定的大气、气象和天文研究。

（3）导航地形相机，拍摄广角图片，指导火星车的移动并寻找感兴趣的目标（岩石/土壤等）；结合环绕器上搭载的高分辨率相机，将它们拍摄到的地面图像进行比对，可以校准火星表面的真实情况；为其他科学载荷寻找感兴趣的探测目标或区域。

（4）火星车次表层探测雷达，次表层探测雷达可以探测火星土壤的地下分层和厚度。包含两个通道，低频通道（15～95 MHz）可以穿透10～100米的深度（空间分辨率为几米）；高频通道（0.45～2.15 GHz）可以穿透3～10米的深度（空间分辨率为几厘米）。次表层探测雷达可以随火星车移动，持续收集地下雷达信号，探测地下物质的大小和分布特征，并在垂直和水平方向上约束地下分层结构，制约地下水冰和挥发物（如，水合矿物质等）的分布。

（5）火星表面磁场探测仪，检测火星表面磁场，火星磁场指数以及火星电离层中的电流。其主要优点是可随火星车移动；与环绕器上搭载的磁强计协同观测，将对理解火星内部的演变具有极其重要的意义。

（6）火星气象测量仪，用于监测火星表面温度，压力，风场和声音等的时间和空间变化。在着陆之前，还可以在环火轨道上收集温度和声音数据。

“祝融号”火星车相较于国外的火星车其移动能力更强大，设计也更复杂。它采用主动悬架，6个车轮均可独立驱动，独立转向。除前进、后退、四轮转向行驶等功能外，还具备蟹行运动能力，用于灵活避障以及大角度爬坡。更强大的功能还包括车体升降（在火星极端环境表面可以利用车体升降摆脱沉陷）、尺蠖运动（配合车体升降，在松软地形上前进或后退）和抬轮排故（遇到车轮故障的情况，通过质心位置调整及夹角与离合的配合，将故障车轮抬离地面，继续行驶）。

节选自：

包刚,钟珊珊,赵宇鴳. 中国矿物岩石地球化学学会. 天问一号——奔火逐梦[EB/OL]. (2021-02-18). https://mbd.baidu.com/newspage/data/landingsuper?context=%7B%22nid%22%3A%22news_9111885916901586465%22%7D&n_type=-1&p_from=-1