祝融号这些天在忙啥？火星移民离我们还遥远吗？

　　昨天（5月19日），国家航天局发布我国首次火星探测任务＂天问一号＂探测器着陆过程两器分离和着陆后火星车拍摄的影像。
　　距离＂祝融号＂登上火星已经过去四天时间，首个影像可谓万众期待，一经公布便迅速引来网友围观称赞：终于等到你！
　　图像中，着陆平台和＂祝融号＂火星车的驶离坡道、太阳翼、天线等机构展开正常到位，火星表面纹理清晰，地貌信息丰富。
　　图1 前避障相机图像，图中着陆平台、坡道可见（图片来源：@天问一号祝融火星车）
　　图2 导航相机图像，车体、定向天线可见（图片来源：@天问一号祝融火星车）
　　＂天问一号＂此次远行，环绕器与火星车是一对共担大任的搭档，日前，晨报采访了中国航天科技集团八院，带大家走近了由其负责的轨道环绕器。那么，和伙伴分离后，＂祝融号＂独自落地火星后要做些什么呢。
　　今天，新闻晨报·周到记者专访上海交通大学航空航天学院常务副院长，智能卫星技术中心主任，讲席教授、博导吴树范，请他和大家聊聊＂祝融号＂。
　　＂祝融号＂这几天在忙什么?为何落地后四天才传回照片？
　　自5月15日＂天问一号＂探测器成功登陆火星后，火星车＂祝融号＂何时能传回来自火星表面的首个影像，成了大家最为关注的话题。
　　对比美国发射的＂毅力号＂火星车在降落后很快传回照片的速度，大家在等待＂祝融号＂传回照片的四天多时间里，多少有些着急。
　　17日，国家航天局已经首先收到了来自火星车的遥测数据，就数据量而言，传送画面的任务比传送数字要＂重＂得多，尽管已经采用了目前最先进的中继通讯技术，但深空传递量仍然有限。
　　此外，每次通信只有短暂的几分钟，照片想从火星传回地球，还需要＂两头＂找时机。
　　吴树范教授解释了火星回传画面信息需要经历的两个主要过程：火星车与环绕器信号连接、环绕器与地球信号连接。
　　＂火星车落定后，环绕器还在继续沿着轨道前进，等到‘祝融号’顺序完成落地后的基本动作再用相机拍摄好画面后，接收信号的环绕器已经离开火星车上空了，只有等到环绕器再次回来才能接收信号。而另一边，当环绕器收到火星车的信号后，还需要找准地球的位置，地球也在自转，要等到地球上的深空探测接收天线正好对准环绕器时，才能把信号发射回地球。＂
　　吴教授介绍，拍照时间要经过精确计算，探测器落地后的一系列动作，都是按照顺序设计好的，比如着陆巡视器降落时，反推力扬起的沙尘可能会影响视野，经过计算后，找到清晰度较好的时间，再进行拍照。
　　@天问一号祝融火星车 官方微博解释道，火星与地球的最远距离约4亿公里，无线电波以光速传播时信号能量随着距离衰减。＂祝融号＂有两种通信方式，一是直接与地球通信，二是通过天问一号环绕器中继与地球通信。着陆后它便用随身携带的相机拍了一些照片，但由于火星车每天能和地球直接通信的时间不到半个小时，且直接传送图片理论上至少需要八小时，所以就舍弃了直接向地球传输图像的功能，等待环绕器转回来，发射中继信号。
　　为何＂祝融号＂还在原地不动，什么时候能迈出第一步？
　　＂祝融号＂落地火星后，并不会立马＂出门溜达＂，参考＂玉兔号＂月球车在到达月球后两周才正式与着陆器分离，它在抵达火星后也首先要给自己＂体检＂，再观察周边环境，大约一周后，就可以走起来了。
　　＂17日传回的第一次遥测数据，应该就是对自身状态研判的情况。＂吴教授分析，火星车各部分参数如何、各功能是否正常，＂体检＂数据传回后，帮助科学家们判断机器运转是否良好，是否出现了问题，能不能进行下一步工作。
　　当这些最基本、最核心的固定动作完成好且各方面状态正常，才可以接受来自地球发送的新指令，即遥控数据，在行走中探索更复杂的任务。
　　为行走准备的＂祝融号＂（图片来源：@天问一号祝融火星车）
　　＂祝融号＂即便行走起来，也不会像电影《火星救援》演的那样飞驰，它的速度是非常缓慢的，吴树范分析，这主要是因为我们目前对于火星的一手数据非常有限，只能基于刚刚获得的数据评估，但具体火星表面的土壤硬度等实测数据我国在之前并没有，存在较大的不确定性时，应以保守稳健的办法来开展行动。
　　《火星救援》中可以驾驶的火星车
　　＂先缓慢动一动，看看情况如何，如果条件允许，可以增加一点速度，通过不断测试和摸索，逐渐去探知所处的环境。＂
　　吴教授说，前期火星表面数据传回后，地球上科学家们经过分析，再向火星上传指令指挥火星车的工作，比如对行驶方向、行驶速度、动作幅度、采样点位置、拍照时间等一些关键控制参数指挥。
　　＂祝融号＂带了哪些＂秘密武器＂上火星，将在那里研究些什么？
　　亿万公里迢迢，登上火星的＂祝融号＂不是摆个pose拍拍照就完成任务了。它带着＂三头六臂＂赶来，准备搞一番研究。
　　总重240公斤，总高1.85米，以太阳能电池作为动力来源，＂祝融号＂火星车上共携带了6台仪器，包括了气象探测仪、导航与地形相机、多光谱相机、表面成分探测仪、磁场探测仪、次表层雷达，一边行走一边勘测，甚至进行火星取样分析。
　　＂祝融号＂携带仪器示意图（图片来源：行星事务所）
　　在未来的三个月里面，＂祝融号＂将对着陆的乌托邦地区的气象、地貌、土壤、岩石结构等进行探测。
　　比如火星表面成分探测仪，由中国科学院上海技术物理研究所研制，它可以从火星车上伸出一只＂眼睛＂，发射激光打在数米外的岩石上，气化后形成等离子体光谱，仪器可以通过其对土壤和岩石进行分析。
　　再如次表层雷达，拥有高频和低频两个通道，可以对火星表面以下地层进行探测，探知地下是否存在水冰、地下物质的大小和分布特征等。
　　在取样研究上，目前人类还不具备返回研究的能力，只能现场取样，通过火星车自带的仪器进行试验，将数据传回。
　　吴树范教授介绍，这些研究内容将形成载荷数据（也叫科学数据）传回地球，帮助我国科研工作者研究火星。什么是科学数据呢，就是诸如火星表面的大气密度、引力常数等具有科研意义的观测数据，包括数字、影像、声音等形式。
　　＂祝融号＂是否有超期服役的可能？
　　还记得形单影只地工作了972天的＂玉兔＂号月球车，在永远休息后曾令无数人感动，这只顽强的＂小兔子＂，原本设计寿命仅三个月，曾遭遇过休眠，但在实际超期两年半才停止了同地球的联系。
　　＂小兔兔你知道吗，如今我们连火星都能登陆了哎。＂至今，还有网友会到＂玉兔号＂月球车微博下留言
　　如今的＂祝融号＂设计寿命同样是三个月，也同样面临着因故不能完成任务和超期服役两种可能性。
　　吴树范教授认为，＂祝融号＂较大可能存在超期服役的情况，我国一贯的风格是做＂保守＂估计，在完成三个月工作任务后，在半年甚至一年后还可以继续通过环绕器向地球发回信号。
　　未来，轨道环绕器将在天上继续陪伴＂祝融号＂，它携带了7台仪器，目前的任务是帮＂祝融号＂搭桥把信息传回地球，此后两年，环绕器自身也会展开遥感探测，收集火星更大范围、更宏观的数据、图片信息。
　　取样返回、火星移民、商业开发，这些离我们还遥远吗？
　　＂距离火星取样送回地球，还有相当一段路要走。＂
　　吴树范教授指出，取样送回，首先就要实现从火星起飞，尽管从原理上可以实现，但要把成吨的设备送上火星建设发射装备，目前还不具备这样的能力。
　　人类目前已经能把体积大、质量重的设备送上了38万公里外的月球，但送到4亿公里外的火星就是另外一回事了。马斯克正在规划的＂火星移民计划＂中，着力研制的重型火箭，就是为了把火星返回变成现实。
　　＂如果能实现从火星返回地球，人类移民火星是有可能发生的事。＂吴教授认为，移民火星是一个技术上的问题，尽管往返一趟火星需要的时间较长，但并不突破人的生理极限，且不违背道德伦理，取决于科技发展的速度。
　　对于商业航天走向火星，目前来看也还有距离，中国的商业航天从2005年开始，已经有十多年的历史，但是由于其需要的商业回报的属性，与火星往返周期较长形成了冲突。
　　吴教授认为，＂天问一号＂的顺利着陆，是中国第一次真正意义上＂走出地球＂——离开地球引力范围，走向地外行星。结束任务之后的＂祝融号＂将留在火星，作为中国迈向火星探测的先驱者，成为永远的标志。