備受青睞的火星探測(cè)

“火星探路者”一舉成名

美國(guó)“火星探路者”是1996年12月4日發(fā)射升空的。這個(gè)探測(cè)器由兩部分組成：1個(gè)固定位置著陸器和1輛火星車。著陸器在火星登陸后首先向地球發(fā)回了進(jìn)入火星大氣層及著陸時(shí)的科學(xué)和工程數(shù)據(jù)，接著拍攝火星表面的圖像?；鹦擒圀w積不大，僅重10千克，它用6個(gè)輪子在火星表面行駛，拍攝火星圖像。

“火星探路者”重量較輕，并且是按能經(jīng)受高速闖入火星大氣的嚴(yán)峻考驗(yàn)來設(shè)計(jì)的，所以它與“火星全球勘測(cè)者”所用的飛行軌道有很大不同，只用了7個(gè)月就到達(dá)了火星。

它在火星表面著陸后依靠3臺(tái)放射性同位素加熱裝置來保持溫度，每臺(tái)裝置中裝有 2.6克钚238。這些钚呈陶瓷狀，包覆在金屬內(nèi)， 并由氣動(dòng)外殼防護(hù)，以保證這種核裝置不會(huì)在發(fā)生事故時(shí)損壞并使钚外泄。

“火星探路者”采用了一些以前從未用到過的技術(shù)，包括直接進(jìn)入火星大氣著陸（而不是先進(jìn)入一條環(huán)火星軌道），復(fù)雜的下降飛行過程，被動(dòng)式的氣囊著陸裝置以及裝在四面體形星體一個(gè)側(cè)瓣上的一輛微型漫游車。其著陸器和氣動(dòng)外殼進(jìn)入火星大氣后，按預(yù)定程序完成了一系列“高難動(dòng)作”。進(jìn)入火星大氣后2～3分鐘，直徑7.3米的減速傘張開；20秒后， 防熱罩由火工品分離。隨后著陸器從其后殼上分離。著陸器落地后像沙灘球一樣彈了幾下。

1997年7月4日，即美國(guó)獨(dú)立日這一天，“火星探路者”探測(cè)器在經(jīng)過4.94億千米、7個(gè)月的漫長(zhǎng)旅行后，終于到達(dá)了火星這顆神奇的紅色星球，并成功地在火星表面上的阿瑞斯谷登陸。這是21年來人類首次把探測(cè)器送到火星表面。

從科學(xué)上說，由于阿瑞斯谷是一場(chǎng)特大洪水形成的外流盆地，所以應(yīng)有很多各式各樣的巖石。“火星探路者”發(fā)回的圖像證實(shí)了這一點(diǎn)。從這些圖像上可以看到著陸場(chǎng)周圍遍布著各類小巖石和卵石，表面類型豐富，遠(yuǎn)處還有300多米高的山峰和丘陵?？茖W(xué)家們正是利用地平線上的小山和其它地物特征來判斷探測(cè)器的著陸位置的。

“火星探路者”所帶的漫游車稱為“索杰納”（也叫“旅居者”）能在火星表面上行駛。盡管蘇聯(lián)在1970年和1973年成功地在月球上運(yùn)行過兩輛大型漫游車，不過在地外行星上投入運(yùn)行的漫游車“索杰納”卻是首例。

漫游車長(zhǎng)0.66米，寬0.48米，展開后高0.3米，重10千克多，有6個(gè)輪子，行駛速度很慢，像只蝸牛，設(shè)計(jì)速度１厘米/秒。它攜帶了3臺(tái)相機(jī)和1臺(tái)阿爾法質(zhì)子Ｘ射線光譜儀，由車頂?shù)奶?yáng)能電池板提供電力。6個(gè)輪子是鋁制的，前、后４個(gè)輪子可獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)，因而能就地轉(zhuǎn)彎。漫游車和著陸器間通過一特高頻指令與遙測(cè)系統(tǒng)保持聯(lián)絡(luò)。

“火星探路者”的這次探測(cè)使人類對(duì)火星地表有了直觀的認(rèn)識(shí)，使人類對(duì)火星巖石和土壤有了初步了解，對(duì)火星氣候有了更深入的了解。對(duì)發(fā)回的照片和數(shù)據(jù)進(jìn)行的分析表明，火星可能與地球一樣清晨有霧氣，這進(jìn)一步說明火星上有水存在。找到了一些支持“火星生命說”的證據(jù)。“火星探路者”著陸器拍攝的照片表明，幾十億年前火星的阿瑞斯平原曾發(fā)生過大洪水，從而證實(shí)了“海盜”探測(cè)器21年前的判斷。不過，這還不能就斷定火星上曾經(jīng)有過生命，還需要等今后的探測(cè)計(jì)劃來證實(shí)。

1997年9月27日，“火星探路者”、“索杰納”與人類的聯(lián)系中斷了，其工作時(shí)間大大超過了著陸器和火星車的設(shè)計(jì)工作壽命(分別為30天和7天)。它們共向地球發(fā)回26億比特?cái)?shù)據(jù)和1.6萬(wàn)幅火星照片?！盎鹦翘铰氛摺比〉昧吮姸嗟目茖W(xué)考察成果，它們表明，火星在歷史上可能存在比較溫暖、潮濕的環(huán)境。

“火星奧德賽”發(fā)現(xiàn)火星有水

2002年3月1日美國(guó)航宇局宣布，美國(guó)發(fā)射的“火星奧德賽”探測(cè)器傳回的火星南極圖像和數(shù)據(jù)表明，火星上有大量的冰。這一驚人消息意味著：有冰就有水，有水就證明火星上可能有生命或者曾經(jīng)有過生命。

“火星奧德賽”是美國(guó)航宇局在1999年經(jīng)歷了兩次火星探測(cè)均告失敗之后于2001年4月7日首次發(fā)射進(jìn)入火星軌道的探測(cè)器。由于“火星奧德賽”采用空氣動(dòng)力制動(dòng)技術(shù)替代以往用推進(jìn)器改變探測(cè)器軌道的老辦法，因而不必運(yùn)送沉重的推進(jìn)器，用便宜、輕小的運(yùn)載火箭便能發(fā)射探測(cè)器?？茖W(xué)家希望它所攜帶的高度復(fù)雜的儀器能將有關(guān)火星上水的現(xiàn)狀及其深度、火星表面的地質(zhì)構(gòu)造和所受輻射的特征數(shù)據(jù)傳回地球。

從2001年10月26日起的70多天時(shí)間中，“火星奧德賽”經(jīng)過多次空氣制動(dòng)過程調(diào)整軌道，進(jìn)入了火星大氣層，并最終在離火星表面400千米高的圓軌道上運(yùn)行，運(yùn)行周期為2小時(shí)。

“火星奧德賽”由洛馬公司制造，呈盒狀，尺寸為2.2米×1.7米×2.6米，重725千克，成本2.97億美元。它由一個(gè)面積為6.75平方米的翼狀太陽(yáng)能裝置提供動(dòng)力，其主體呈四四方方的箱狀，為的是緩解空氣動(dòng)力制動(dòng)帶來的壓力。

盡管此前的火星探測(cè)工作為科學(xué)家提供了大量信息，但科學(xué)家尚未完全弄清火星到底由什么構(gòu)成。所以，“火星奧德賽”探測(cè)器攜帶了3臺(tái)科學(xué)儀器，包括1個(gè)熱散發(fā)成像系統(tǒng)、1臺(tái)γ射線光譜儀和1臺(tái)火星輻射環(huán)境試驗(yàn)器，科學(xué)家通過它們了解火星表層的構(gòu)成和它的輻射環(huán)境。其中，熱散發(fā)成像系統(tǒng)可繪制高分辨率的火星地理圖，幫助科學(xué)家更好地理解火星礦物學(xué)與火星地形之間的聯(lián)系。γ射線光譜儀如同科學(xué)家勘探火星地表的鐵鏟，使科學(xué)家能有機(jī)會(huì)看清火星亞表層的情況，它能測(cè)定包括氫在內(nèi)的多種元素的含量和分布情況。γ射線光譜儀和附帶的中子頻譜儀、高能中子探測(cè)儀合在一起作用，通過中子測(cè)定，可推斷水存在的可能和分布，這是由于氫極有可能存在于冰凍狀態(tài)的水里，因此光譜儀有望探測(cè)到火星表層冰凍水的痕跡。這是科學(xué)家首次在火星探測(cè)器上配備探測(cè)表層水以及礦物成分的儀器?；鹦禽椛洵h(huán)境試驗(yàn)器在火星軌道上和火星表面上采集數(shù)據(jù)，首次測(cè)量了火星表面的放射物質(zhì)水平，為評(píng)估航天員登陸火星時(shí)可能面臨的危害提供信息。

火星表面是沒有液態(tài)水或冰凍水，所以探測(cè)火星的近地表層成為“火星奧德賽”在火星找水的突破口?；鹦堑闹車鷽]有稠密大氣，當(dāng)宇宙射線撞擊火星時(shí)，火星地表中就會(huì)釋放出強(qiáng)度很高的中子流。這些中子在穿越火星的近地表層時(shí)，會(huì)與近地表層中各種元素的原子核發(fā)生碰撞。水中富含氫原子，當(dāng)中子撞到氫原子核時(shí)，中子的動(dòng)能就會(huì)降低。與此同時(shí)，中子還會(huì)釋放出部分熱能。俄制高能中子探測(cè)儀具有極高的靈敏度，能夠探測(cè)出火星地表中子流的動(dòng)能差別，并捕捉到中子釋放出的熱能，進(jìn)而判斷水的存在。

在2001年底～2004年年初，“火星奧德賽”上的高能中子探測(cè)儀反復(fù)探測(cè)了火星的近地表層，以確定該地層的含水幾率，并劃出有可能含水的區(qū)域。此外，高能中子探測(cè)儀還與“火星奧德賽”探測(cè)器上的熱散發(fā)成像系統(tǒng)等儀器協(xié)同探測(cè)，以確定含水區(qū)中所含的是液態(tài)水，還是冰凍水。高能中子探測(cè)儀和其他儀器所獲得的“火星水”信息，通過無線電信號(hào)傳至美國(guó)航宇局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。爾后，俄航天研究所專家通過因特網(wǎng)獲得上述信息，并對(duì)其進(jìn)行分析研究。

“火星奧德賽”上的碟形衛(wèi)星天線長(zhǎng)達(dá)1.29米，呈拋物線形，能以110千比特/秒的速度，把其他探測(cè)器在圍繞火星軌道運(yùn)行時(shí)以及在火星表面收集到的科學(xué)數(shù)據(jù)傳輸?shù)降厍蛏稀?/p>

該探測(cè)器于2001年10月31日就發(fā)回了第1張有關(guān)火星的圖像，這是由該探測(cè)器上的紅外相機(jī)拍下的?！盎鹦菉W德賽”的主要科學(xué)測(cè)繪任務(wù)是從2002年2月開始的，現(xiàn)已傳回了大量數(shù)據(jù)，目前還在工作，它也為火星著陸器中繼數(shù)據(jù)。

沒希望的希望號(hào)探測(cè)器

1998年7月3日，日本用M5運(yùn)載火箭發(fā)射了其第1個(gè)火星探測(cè)器希望號(hào)（原名行星-B，發(fā)射后更名），使日本成為世界上第3個(gè)發(fā)射火星探測(cè)器的國(guó)家。該探測(cè)器裝有14種設(shè)備，其中包括由美國(guó)設(shè)計(jì)制造的中性物質(zhì)光譜儀，擬探測(cè)火星的上部大氣層和電離層，重點(diǎn)研究太陽(yáng)風(fēng)的影響。這個(gè)重533千克、體積為1.6米×1.6米×0.6米的探測(cè)器由日本電氣公司(NEC)負(fù)責(zé)總裝，它還擬飛經(jīng)火星的2顆衛(wèi)星——火衛(wèi)1和火衛(wèi)2。

希望號(hào)原計(jì)劃利用月球和地球的引力進(jìn)行2次借力飛行，然后在1998年12月開始飛向火星的旅程，最終于1999年10月到達(dá)火星。但在1998年12月20日希望號(hào)利用地球重力進(jìn)行借力飛行時(shí)發(fā)生了問題。當(dāng)時(shí)，希望號(hào)的推力器系統(tǒng)的3個(gè)閥門中有一個(gè)卡殼，只開啟了一部分，使速度只提高了270米/秒，而不是所要求的430米/秒，從而不能實(shí)現(xiàn)飛向火星所需的速度和航線。此后，在閥門完全打開的情況下進(jìn)行了第2次補(bǔ)償點(diǎn)火，并取得了成功，但為此消耗了大量推進(jìn)劑。

為此，希望號(hào)只能面臨1次漫長(zhǎng)而曲折的旅行，它需要再完成2次地球重力借力飛行，然后飛向火星。即便今后一切順利，希望號(hào)到達(dá)火星軌道的時(shí)間也要比原計(jì)劃推遲4年多。

按計(jì)劃，希望號(hào)應(yīng)于2003年12月14日到達(dá)離火星表面894千米上空，然后進(jìn)入環(huán)火星軌道，但是由于其電路系統(tǒng)在2003年底受太陽(yáng)風(fēng)暴的影響而出現(xiàn)故障，結(jié)果使變軌發(fā)動(dòng)機(jī)無法啟動(dòng)，即探測(cè)器不能切入火星軌道而告失敗。