火星探測的現狀

央視國際 2003年12月30日 20:46

　　1992年9月25日，美國發射了“火星觀測者”軌道器，揭開了新一輪火星探測的序幕。然而該探測器在預計入軌的前三天與地面聯絡中斷。此後美國先後發射了“火星全球勘探者”、“火星探路者”、“火星氣候軌道器”、“火星極地著陸器”和“火星奧德賽”。但只有“火星全球勘探者”、“火星探路者”和“火星奧德賽”獲得了成功。其中“火星氣候軌道器”于1998年12月11日發射，1999年9月23日到達火星，由於一個導航錯誤使它進入了火星大氣層，被加熱燒燬。“火星極地著陸器”于1999年1月3日發射，12月3日到達火星軌道，但飛行器在進入火星大氣之前就和地面失去了聯絡，至今下落不明。俄羅斯在1996年發射了“火星96”探測器，但在發射4小時後墜入太平洋。日本于1998年發射了“希望”號火星軌道器，然而沒能進入火星軌道，現在正圍繞太陽運行。

　　1996年11月7日，美國發射了“火星全球勘測者”軌道器，1997年12月12日進入火星軌道。發射質量1030.5 kg,在軌幹質量629 kg，運行在378km的太陽同步軌道，並首次利用太陽帆板提供阻力進行了氣動剎車。“火星全球勘測者”的任務是利用高分辨率成像系統繪製火星表面圖，研究火星地形和重力場，測定火星表面和火星大氣中的水和灰塵，研究火星的天氣和氣候、火星表面和火星大氣的組成、火星磁場的存在和發展，也為後續的探測器提供中繼服務。所攜帶的儀器包括，分辨率為1m的火星軌道攝像機：用於繪製火星表面圖，熱散射光譜儀：用於測量火星上目標散發能量的紅外線譜，從而可以研究岩石、土壤、大氣塵埃、雲和冰的組成，火星軌道激光測高儀：組合其測量信息可以得到火星表面地形圖；無線電科學儀器：通過對無線電信號的多譜勒變化來確定火星的重力場； 磁強計：用於監測火星的磁場，並確定磁場的強度和方向。“火星全球勘探者”傳回的數據顯示火星兩極存在大量的冰，甚至可能有液態的水，這預示著生命存在的可能性。

	圖2 “火星探路者”著陸器

　　1996年12月4日，美國發射了“火星探路者”著陸器（見圖2），1997年7月4日到達火星。著陸器質量為264kg, 並攜帶一個質量為10.5kg的“旅居者”漫遊車。

　　“火星探路者”的主要任務是研究低價火星表面探測的可行性，並檢驗火星漫遊車和著陸器間的通訊、著陸器和地球間的通訊、成像設備和敏感器的性能，研究進入火星大氣的技術、繪製長期的與詳細的火星表面圖，為進一步勘探火星提供環境特徵，還包括對岩石和土壤進行分析等任務。

　　這是第一個使用“半軟著陸”技術的火星探測器，它借助於降落傘、減速火箭和氣囊直接進入了火星大氣層,在降落途中進行大氣測量。火星探路者以18m/s的速度撞擊了火星表面,在撞擊後跳躍了15次而且滾動2.5分鐘，最後穩定在離初始撞擊點約1km的位置。著陸器被包在三個三角形的太陽帆板內，著陸完成後帆板打開。“旅居者”漫遊車有六個輪，由地面操作系統根據漫遊車和著陸器獲得的圖像來控制漫遊車，控制時間遲後約10分鐘。漫遊車的運動範圍距著陸器10m左右，設計壽命是7個火星日，實際工作了兩個多月，併發回了16550張彩照、15份火星土壤和岩石化學成分分析結果及大量的氣候、風力、風向等測量數據，當年9月27日與地面通訊聯絡中斷。

　　日本于1998年7月3日發射了“希望”號火星軌道器,發射質量540kg,在軌幹質量258kg。發射後進入340 x 400,000 km的橢圓地球軌道。原計劃于1999年10月11日進入火星軌道，由於推力器問題，使它錯過了到達火星的時間，現在只剩下少量燃料。該飛行器正在橢圓軌道上繞太陽飛行，等待下次同火星相遇。它將在2003年12月再次與火星相遇併入軌。

	圖3 “火星奧德賽”軌道器

　　2001年4月7日，美國發射了“火星奧德賽”軌道器（見圖3），當年10月23日晚成功進入火星軌道，並於10月30日傳回了第一幅圖像。軌道器主體是2.2mx1.7mx2.6m的箱型結構。軌道器分成兩個艙,上級為設備艙,下級是推進艙。一個可展開的6米長的梁支承伽馬射線分光儀的敏感器頭。發射質量為725.0kg，在軌幹質量為376.3kg。該飛行器經過氣動剎車進入201x500km的橢圓軌道，然後圓化為400x400km的極軌道。

　　“火星奧德賽”的任務是收集數據，確定火星環境是否適合生命的存在,提取火星的氣候和地質特徵,研究可能對未來的宇航員構成潛在威脅的射線，並在軌道上對火星表面進行詳細的礦物學分析和放射性環境的測量。這個軌道器將作為“火星2003漫遊車”和可能的其他任務的通訊中繼星，從軌道上收集數據的工作直到2004年7月，然後繼續作為通訊中繼星一直工作到2005年10月。

　　“火星奧德賽”攜帶有多种先進的科學儀器，如火星放射性環境試驗儀器：用來測量近火星空間的放射線環境，因為有關的射線可能給宇航員帶來危險；熱散射成像系統：使用1個高分辨率的相機和1個熱紅外成像光譜儀來繪製火星表面的礦物圖；Gamma-射線分光儀 (GRS)：用來繪製火星表面的元素構成圖及確定火星表面淺層下氫的含量；此外還搭載了俄羅斯的重量僅為4公斤的高能中子探測器，用來測量火星兩極冰的含量。由“火星奧德賽”發回的資料證實火星南半球存在大量的冰，厚度約1.5米,遍佈從南極到南緯60度的800平方公里範圍。最近，俄羅斯的高能中子探測器探測到，火星的北半球也有大量的冰，位於火星北極至北緯50度之間。這些冰在火星地表以下1至2米，甚至更深的地方，其厚度超過1米。與火星南半球的冰相比，其北半球的冰更厚，分佈更廣。這些資料顯示出，火星上生命存在的可能性進一步加大。“火星奧德賽”的費用是2.97億美元。（北京航空航天大學 徐世傑）