多年以来，有大量的火星探测任务以失败收场。我们一直在从一次次的不载人探测任务中吸取宝贵的经验和教训，这类任务先是飞掠火星，然后是绕火星飞行，再后是在火星上着陆，最终到今天成功地在火星表面释放用于巡视考察的火星车。最终，这个循序渐进的步骤会使人类挣脱地球引力的羁绊，踏上火星的土地。
在中国的“天问一号”环绕火星轨道勘测，并做好准备写下人类火星探测史新篇章的时候，让我们先来一起回顾一下人类火星探测史上的几个重要时刻，共同来走近这这颗红色行星。
认识火星从地图开始
随着望远镜技术的不断进步，火星地图的绘制水准也大幅度地提升。最终，人类已经可以把火星表面特征清晰地绘制在纸上了，绘图者会把自己在望远镜的目镜中看到的东西画出来。
1877 年，意大利天文学家乔范尼·斯基亚帕雷利趁“火星大冲”（译者注：火星特别接近地球）期间，对其实施了一系列密集的观测。斯基亚帕雷利自然也根据意大利的文化传统选择了命名方式，即使用拉丁语标记火星的主要地貌特征。这些名称至今仍然通用。
乔范尼·斯基亚帕雷利的火星地图。这是他根据自己1877年至1886年的一些图稿绘制的。他在绘制时强化了火星的表面特征，并描绘出一些实际上并不存在的细节，比如“运河”。
苏联开启火星探测之先河
宇宙始于一次剧烈的大爆炸，而航天始于微弱的蜂鸣。1957年1 0 月， 苏联发射了绕地球运转的人造卫星“ 斯普特尼克”（Sputnik，俄语意为“旅行伙伴”），这是人类首次发射人造卫星。负责将这颗构造简单的卫星送入轨道的，是苏联研制的一枚新型导弹R-7ICBM。卫星开始绕地球飞行后，能做的只是通过自带的一部小型电台每隔几秒发出一次蜂鸣声。但这已经足够了，毕竟全世界的接收机都听到了这种鸣叫，西方世界也注意到了苏联的领先技术。
成功飞掠火星的水手4号
1964年11月28日，美国的水手4号火星探测器在佛罗里达州卡纳维拉尔角发射升空。于1965 年7 月14 日至15 日从火星旁边飞过。当火星从黑暗中浮现时，探测器上的仪器被激活，它要趁这唯一的机会解读这颗红色星球，没有第二次。在飞掠火星之前，探测器上的相机开始工作。在以近19300 千米的时速、不到9800 千米的最近距离飞掠火星的过程中，探测器一共拍摄了大约25 分钟的火星景观资料。影像数据被存储在探测器内部一盘长度为100 米的磁带上，以便在飞掠结束后向地球发报。每张照片的分辨率都只有200 像素×200 像素，要花近9 小时才能传输完成。
图注：1964年11月28日，“水手4号”准备发射，此次使用的推进器属于“宇宙神”运载火箭，而上级火箭则属于“半人马β”型。
人类第一颗绕飞其他行星的探测器：水手9号
20世纪60年代的火星探测一直是飞越式的，探测器只能抢时间观测火星，返回的数据也是碰上什么算什么，而且总数据量相当有限。但新一代的“水手系列”探测器大部分带有通用的燃料箱和火箭发动机，它们出发时的重量一半属于燃料。
1971 年5 月30 日，“水手9 号”在烟雾和火焰中离开了卡纳维拉尔角，半年之内就接近了火星。
11 月14 日，反推火箭顺利点火并燃烧了5 分钟，这让探测器的速度降到足以被火星引力俘获的水平。“水手9 号”由此成为历史上第一颗进入绕飞另一颗行星轨道的探测器。
“水手9号”观察火星的第一眼或许令人难忘，但品质着实不高。它遇到一场席卷整个火星的沙尘暴，导致照片缺少细节特征。
带着人类期盼落脚火星的“海盗系列”
随着反推火箭的启动，2米×3米的“海盗1号”着陆器以超过16000千米的时速冲进了火星大气。着陆器从与轨道器分离并下降开始，已经过去3个多小时了。在这个飞行环境变得越发紧张、严酷的阶段，着陆器用它自带的存储量仅18千字节的计算机控制着它保护壳周围的12个推进器，以保持姿态和方向。隔热板也在发挥功效，替着陆器阻挡外部1482摄氏度的高温。
着陆前的45 秒，降落伞和顶盖被抛弃，“海盗1 号”直冲火星表面——这时着陆器的运动如果再有水平方向的分量，它的腿就会像脆弱的树枝一样被折断。它在最终触碰火星时，速度已经减低到每小时10 千米，这差不多是竞走运动员的速度。发动机在触地的同时立即熄火，一切都安静下来。至此，“海盗1 号”经过7.08 亿千米的旅程，终于登上了火星。
图注：从火星表面发回的第一张照片，照的是“海盗1号”着陆器的某一根着陆腿的脚垫。记者们最想要的是全景彩照，但工程师们最想确认的是：着陆器的着陆点是不是有稳固的表面，以及着陆器本身是否已经站稳。
专注火星岩石和土壤的探路者号
与既昂贵又雄心勃勃的“海盗系列”计划形成鲜明对比的是，“火星探路者号”项目资金很少，而且整个项目只用了几年时间就准备完毕。
1997 年7 月4 日，“火星探路者号”在火星上的“阿瑞斯峡谷”地区降落。阿瑞斯崃谷被认为是一个曾在古代受到水流影响的地区，因此也是地质学家们非常感兴趣的区域。
“火星探路者号”在火星表面运行了85 天，其间对火星的岩石和土壤进行了15 次独立的化学分析，它的桅杆相机一共传回16500 张照片，而“旅居者号”也送回了550 张照片。“旅居者号”的工作时间达到了预期寿命的11 倍，着陆器的工作时间也达到了自身“质保期”的3 倍。
“勇气”与“机遇”并行
“勇气号”于2003 年6 月10 日出发，“ 机遇号”则在同年7 月8 日出发。它们都只用了六个多月就到达火星了。
2004 年1 月4 日，“ 勇气号” 以不低于19312 千米的时速，在“机遇号”之前冲进火星大气。在接下来的6 分钟里，飞船将通过高热而狂暴的“进入、下降与着陆”阶段，杀出一条道路，去到火星表面。着陆器所在的气囊包就像“火星探路者号”那时一样，弹跳了许多次，最后停在距离“着陆椭圆”中心点10 千米的地方。考虑到它的旅途不短于4.83 亿千米，这几乎等于“命中靶心”。“勇气号”在到达古谢夫陨击坑后，又花了将近11天时间才真正开始探测。而“机遇号”在对自己的着陆点进行了两个月的调查后，开始了第一次长途旅行。
图：2007年，“勇气号”的一个车轮不转了，只能拖着行走，结果在地面上刮出了富含硅质的白色土壤，这成了火星在过去曾经有很多水的另一项佐证。
“机遇号”跋涉的路程是“勇气号”的五倍，而且漫长、艰辛、惊心动魄。
“机遇号”自2011年就开始在火星上考察。它在因代沃陨击坑的时间在其所有考察目标中居于首位。
空中吊车“好奇号”
火星探测史上堪称惊心动魄的一次着陆来自“好奇号”，它以空中吊车这种以前只在科幻作品中出现的新奇大胆的方式着陆，这是由于这辆火星车装载着前所未有的探测仪器，质量达到907千克（“机遇号”和“勇气号”均为176 千克），并且，至首要任务完成时，它花费了25 亿美元（“机遇号”和“勇气号”大约8.2 亿美元）。
“好奇号”的着陆系统“空中吊车”效果图。
“空中吊车”方案最初期的一系列设计草图之一，由工程师汤姆·利弗里尼绘制。
“好奇号”于太平洋时间2012年8月5日晚上10点32分安全抵达火星。进入2013年后，“好奇号”轮番进行了更多次的钻探、土壤分析和化学与成像组合分析，得到一个惊人的结论：火星在遥远过去的某个时期，不但拥有可以容纳生命的环境，而且有可能是个一片苍翠、生机勃勃的地方。正如科幻小说家威尔斯（H. G. Wells）笔下的火星那样，它被包裹在“一个多云的、令人愉快的大气层”中。
三剑齐发，创新“天问”
2020年7月，又恰逢26 个月开启一次的火星探测器发射黄金期，中国、美国、阿联酋在同一个月内发射了自己的火星探测器。
阿联酋的“希望号”火星探测器是阿联酋乃至阿拉伯世界的第一颗火星探测器，但阿联酋在火星探测方面的基础尚浅，因而让美国一些科研机构承担了探测器上全部三台载荷的研制和最后的总装，发射任务则由日本的H-2A 火箭承担。
2020 年7 月30 日，美国国家航空航天局最先进的火星车“毅力号”发射升空，并于美国东部时间2021年2月18日在预期着陆点耶泽罗陨击坑着陆。
2020 年7 月23 日中午12 时41 分，中国在海南文昌发射场用长征五号火箭成功发射了“天问一号”火星探测器。“天问一号”火星探测任务，是“中国行星探测工程”（PEC）这部史诗的亮丽开篇。中国是一个崇尚创新的国家，“天问一号”要利用轨道器、着陆器、火星车这“三件套”，直接在一次任务中完成“绕、落、巡”三项使命。这将开创火星探测史上的全新篇章，让我们拭目以待。
搭载“天问一号”火星探测器的长征五号火箭发射腾空瞬间。（摄影：戴建峰）
看了之么多伟大的火星探测壮举，你可能也为人类的科技和勇气所叹服，但如果我告诉你，人类迄今为止的46部火星探测器中，近一半任务都以失败告终，有的甚至损失惨重，你还会轻松地慨叹如初吗？
尽管行星探测任务集结了各国最高精尖的技术、顶级的精英人才和相当可观的财力，但想要成功，甚至一次就成功，都无异于徒手登天般艰难。因此，我们所看到的这一次又一次的火星探测任务背后，是那些科研人员坚韧、拼搏和永不放弃的人类精神的体现。
《登陆火星：红色行星的极客进程》（全彩）
[美] 罗德·派尔（Rod Pyle） 著 魏晓凡 译 郑永春 审订
电子工业出版社2021年2月出版
