我國火星探測器"螢火一號":搭順風車奔火星

      

        火星探測項目是繼載人航天工程、探月工程之后我國又一個重大空間探索項目，也是我國首次開展的地外行星空間環(huán)境探測活動。這一項目由我國與俄羅斯合作開展。據介紹，“螢火一號”有關的探測任務，包括探測火星及其空間環(huán)境、探尋火星“水為什么消失的秘密”、揭示類地行星空間環(huán)境演化特征等，從而為我國下一步的深空探測打下基礎。

    “螢火一號”主要任務是探測火星附近空間環(huán)境，為我國下一步深空探測打基礎

    在浩瀚的宇宙中，地球像一個孤獨的孩子。太空中還有別“人”嗎？從第一個仰望星空的人開始，人類就沒有停止過對地外生命的探索。而火星，這個已知的和地球自然條件最接近的星球一直是人們探索目標。在俄羅斯、美國、日本、歐洲相繼發(fā)射火星探測器之后，我們中國人，也要去火星上空一看究竟了！

    近日，記者獨家專訪到火星探測器“螢火一號”項目的參與者、北京航空航天大學宇航學院徐世杰教授，為你揭開我國第一顆火星探測器的神秘面紗。

    ——衛(wèi)星解讀——

    “螢火一號”長著三對大“翅膀”

    “螢火一號”的個頭兒小，只有110公斤，和它的美國前輩“勇氣號”“機遇號”180公斤，以及計劃將要發(fā)射的新型火箭車600公斤的體重相比，“螢火一號”算得上是火星探測器家族中的“輕騎兵”“小個子”。

    它主體部分長75厘米，寬75厘米，高60厘米，兩側共有6塊太陽能帆板，展開7.85米。如此小巧玲瓏的身體上卻長出三對大“翅膀”，只因火星上太陽光照強度低，只有地球的二分之一左右，帆板要夠大才能給“螢火一號”提供充足的能量。

    ——飛天軌跡——

    搭火衛(wèi)一的“順風車”

    “螢火一號”如何上天，也是人們關心的問題。由于我國目前還沒有獨立探測火星的能力，“螢火一號”只能搭乘俄羅斯的“天頂”號運載火箭上天，與它同時上火星的還有俄羅斯的火衛(wèi)一探測器“福布斯—格朗特”(亦稱“福布斯—土壤”)。

    今年10月，“螢火一號”將會被發(fā)射上天。屆時，“一箭雙星”將在距地面200公里的遠軌道飛行4小時，然后飛到距地面1萬公里的過渡橢圓軌道做26小時的無動力飛行。之后，伴隨著火箭主發(fā)動機的再次啟動，“螢火一號”徹底告別地球，進入從地球到火星的雙曲線軌道，和“福布斯”同甘共苦地共同飛行11個月。在聯合飛行的過程中，兩顆衛(wèi)星通過電纜連接在一起，“螢火一號”的能量由“福布斯”供給。

    “螢火一號”將飛行3.5億公里

    到達火星軌道后，火箭會找一個相對合適的位置把“螢火一號”放下。這個位置非常重要，它和“螢火一號”的速度和方向共同決定了將來火星探測的起點。為什么不能是“絕對”合適呢？因為火箭上的“福布斯”還要探測火衛(wèi)一，只能在探測火衛(wèi)一的路上把“螢火一號”放到一個相對合適的位置。

    “就像搭別人的順風車，很難要求人家把你送到家門口，只能路上找個合適地方把你放下，你再自己想辦法走剩下的路。”徐世杰打了個形象的比方。

    到2010年8月之后，兩顆衛(wèi)星正式分道揚鑣，“福布斯”將轉途去探測“火衛(wèi)1”。“螢火一號”則進入繞火星的橢圓形軌道，在“近火點”(距離火星最近的點)800公里、“遠火點”80000公里、軌道傾角正負5度的火星大橢圓軌道上，展開它的太陽帆板，正式開始履行它的火星探測使命。

    整個過程，“螢火一號”將飛行3.5億公里。 
    
    ——重要任務——

    探測火星附近空間環(huán)境

    “螢火一號”去火星做什么？徐世杰告訴記者，它的主要任務是拍照和探測火星附近空間環(huán)境，為我國下一步火星探測打基礎。

    “螢火一號”攜帶的行李中有幾件“重型武器”：光學成像儀，將對火星和火衛(wèi)一進行攝影；磁通門磁強計，測量火星上空的磁場強度、太陽輻射強度和高能粒子等等，了解火星外環(huán)境；掩星探測接收機，用“掩星法”探測火星大氣層和電離層，信號從火星到達地球時，可以通過火星大氣層對信號的折射作用了解火星大氣的情況；等離子探測包，探測火星周圍的等離子態(tài)。

    探測火星表面水消失之謎

    火星上到底有沒有生命？這是人們最想知道的問題。水是生命的象征，徐世杰告訴記者，美國發(fā)射的著陸探測器“鳳凰號”“機遇號”和“勇氣號”都發(fā)現了水的痕跡。探測器一鏟子下去露出了白色的物質，第二天白色痕跡消失了，這說明可能是水分蒸發(fā)了，但也有可能是干冰。目前水的痕跡發(fā)現很多，但并沒有直接發(fā)現水，所以還不能最后確定火星上是否有水。

    “螢火一號”一個重要任務是探測研究火星表面水的消失機制。

    徐世杰說：“水是火星存在生命的必要條件，但不是充分條件。微生物會釋放甲烷，所以甲烷曾被看做是微生物存在的證據。對火星生命的探測估計還會持續(xù)一段時間。”

    ——面臨挑戰(zhàn)——

    北京大學地球與空間科學學院焦維新教授曾說過，在航天界，火星有航天器的墳墓之稱。火星探測初期有三分之二的探測器都以失敗告終。

    徐世杰證實了這個說法：“探火星風險比較大。我做過統(tǒng)計，到去年12月為止，人類共發(fā)射了38個火星探測器，只有20個成功。上世紀60年代初期開始的第一階段失敗尤其多。發(fā)射幾小時后爆炸的、發(fā)射后失去信號的、登陸失敗的……各種情況都有。而成功的定義是順利完成撞擊、飛掠、繞火、登陸等預定任務。”

    那么，我們的“螢火一號”將要面臨哪些困難呢？

    面臨-200℃的嚴寒考驗

    “螢火一號”，面臨的最大挑戰(zhàn)就是來自火星的嚴寒。

    在整個探測過程中，它將遭遇7次所謂“長火影”的長期火星陰影，時間長達8.8個小時。此時，火星將運行至探測器和太陽之間，主要依靠太陽能的“螢火一號”為了保存能量，不得不進入休眠狀態(tài)。然后，它在“長火影”結束后再加電喚醒。而經過8.8個多小時的休眠，“螢火一號”的周圍環(huán)境溫度達到-200℃以下，過低的溫度會影響機器休眠時的運行，如果機器被“凍死”，就不能在通電后“活”過來。“‘長火影’是小家伙不得不過的一道關。”

    遙控遙測是制約瓶頸

    “目前制約‘螢火一號’奔向火星的瓶頸還有遙控遙測，”徐世杰坦言：“‘螢火一號’拍攝照片后，如果我們無法接收這樣的微弱信號，就必須將數據傳給俄羅斯，再由俄羅斯傳給我們。我們還沒有建立像美國那樣覆蓋全球的深空探測網。”

    美國沿經度方向每隔120度就設立了測控聯合體，三個綜合探測站分別設在西班牙的馬德里郊區(qū)、澳大利亞的堪培拉附近和美國加利福尼亞一個叫金石的小城附近。依靠數個拋物面直徑達到36—70米的大天線，美國科學家可以對微弱的信號進行接收和分析，獲取來自外太空的數據。中國如果依靠國內建測控站，目前僅能在烏魯木齊和佳木斯設有兩個探測站，覆蓋面有限，一些重大的探測活動還需與俄羅斯、歐空局合作。

    多星定向是極大挑戰(zhàn)

    “螢火一號”還面臨著如何實現多星定向問題。徐世杰指出，多星定向是姿態(tài)控制里的難題。往地球傳數據時要對地球定向；拍攝火星時儀器要對火星定向；太陽帆板還要隨時對太陽定向，這對“螢火一號”的姿態(tài)控制來說是極大的挑戰(zhàn)。這項技術是否能完美應用，等十月“螢火一號”上天后我們就能一看究竟。

    ■延伸閱讀

    人類勘探火星大事記

    1960年10月10日：蘇聯向火星發(fā)射第一枚探測器。4天后，第二枚探測器升空。但兩枚探測器均連火星環(huán)繞軌道都沒有到達。

    1964年11月28日：美國“水手4號”開始8個月的火星之旅，于1965年7月成功收集到第一批對地球外其他行星的近距離特寫照片。

    1971年5月31日：美國“水手9號”升空，成為第一個火星軌道飛行器。它首次拍攝到火星全貌。

    1975年9月9日：“海盜2號”發(fā)射，實施了3項生物試驗。盡管沒有尋找火星存在生命跡象，但科學家發(fā)現，火星土壤中存在令人驚訝的化學活動。

    1996年12月4日：美國發(fā)射“火星探路者”，攜帶“旅居者”號火星車登陸火星?？茖W家根據發(fā)回的大量圖片信息判定，火星曾經溫暖和潮濕。

    2001年4月7日：美國發(fā)射“奧德賽”火星探測器，目前仍在火星軌道運行，測試火星的地質和氣候，試圖尋找火星上生命和水的跡象。2002年，“奧德賽”發(fā)現火星表面和近地表層中可能有豐富的冰凍水，但這一問題目前存在爭議。

    2003年6月10日：攜帶“勇氣”號火星車的美國“火星探測流浪者”號探測器發(fā)射升空。

    2003年7月7日：“勇氣”號的孿生兄弟“機遇”號火星車發(fā)射升空。

    2007年2月25日：歐洲航天局的“羅塞塔”彗星探測器靠近火星飛行，順利完成利用火星引力調整飛行速度和軌道的任務。