阿聯(lián)酋希望號火星探測器

張揚眉（北京空間科技信息研究所）

阿聯(lián)酋計劃于2020年7月發(fā)射其首個火星探測器——希望號（Hope），這將是阿拉伯國家的首個深空探測器。希望號探測器將采用日本的H－2A運載火箭從日本種子島航天中心發(fā)射，將于2021年到達火星開始探測活動，探測目標是環(huán)繞火星研究火星大氣和氣候。

1　項目背景

2014年7月，阿聯(lián)酋宣布將成立阿聯(lián)酋航天局，并著手進行火星探測任務，待希望號探測器到達火星之時，以慶祝阿聯(lián)酋成立50周年。阿聯(lián)酋總統(tǒng)哈利法·本·扎耶德·阿勒納哈揚指出，阿聯(lián)酋的火星探測任務將標志著伊斯蘭世界開始進入太空探索領(lǐng)域，并證明阿聯(lián)酋有能力為人類作出科學貢獻。該任務也是阿聯(lián)酋發(fā)展空間技術(shù)的一項戰(zhàn)略舉措和轉(zhuǎn)折點，旨在促進國家經(jīng)濟的發(fā)展，可推動阿聯(lián)酋科學與技術(shù)部門的發(fā)展，提高阿聯(lián)酋的空間探測能力，也可增加阿聯(lián)酋對于國際科學界的貢獻。2014年9月，阿聯(lián)酋頒布2014年1號總統(tǒng)令，阿聯(lián)酋航天局正式成立。2014年10月，阿聯(lián)酋航天局與穆罕默德本·拉希德航天中心（MBRSC）簽署希望號火星探測項目協(xié)議。2016年11月2日，阿聯(lián)酋副總統(tǒng)兼總理、迪拜酋長穆罕默德·本·拉希德·阿勒馬克圖姆在考察穆罕默德·本·拉希德航天中心時正式批復了阿聯(lián)酋希望號火星探測器的最終設(shè)計方案。希望號項目經(jīng)理奧姆蘭·沙瑞夫（Omran Sharaf）表示，該項目將為阿聯(lián)酋培養(yǎng)出新一代行星科學家。此外，他也希望海灣地區(qū)能更多地關(guān)注科學，以應對后石油經(jīng)濟時代的挑戰(zhàn)。他說：“該項目也許就是改變的催化劑，是邁出的第一步?！?/p>

希望號項目由穆罕默德·本·拉希德航天中心管理、研制和運行，美國科羅拉多大學大氣與空間物理實驗室（LASP）、亞利桑那州立大學（ASU）地球與空間探索系、加州大學伯克利分?？臻g科學實驗室（SSL）與阿聯(lián)酋合作研制探測器攜帶的有效載荷，并聯(lián)合進行數(shù)據(jù)分析等活動。日本三菱重工業(yè)有限公司將提供H－2A運載火箭發(fā)射服務。

希望號的項目團隊分為7個小組，分管航天器、后勤、任務運行、項目科學教育與擴展、地面站和運載火箭等領(lǐng)域。目前有75位阿聯(lián)酋工程師參與該項目，到2020年前，參與項目的阿聯(lián)酋工程師將達到150名。其中奧姆蘭·沙瑞夫擔任項目經(jīng)理，莎拉·阿米里（Sarah Amiri）擔任項目副經(jīng)理。

2　科學目標

希望號任務的科學目標是對火星大氣和氣候進行研究，并將拍攝火星全球大氣圖，研究火星低層和上層大氣的相互作用關(guān)系，并搜尋現(xiàn)在的火星天氣和遠古的火星氣候之間的聯(lián)系。

一直以來，人們對于火星的探測數(shù)據(jù)來自有限的數(shù)十個火星探測器的探測結(jié)果，缺乏對于火星大氣的晝夜連續(xù)觀測數(shù)據(jù)，因此無法對火星大氣的晝夜變化情況進行研究，也無法對火星低、中層大氣的能量向上層大氣轉(zhuǎn)移的機制進行研究。希望號探測器能夠在高軌道上同時觀測火星低層和上層大氣，獲取火星大部分表面在一天的大部分時間內(nèi)的影像，從而研究火星全球大氣循環(huán)、溫度結(jié)構(gòu)、水冰云層、水蒸氣和塵埃的分布和相互作用。此外，希望號探測器還將研究火星低層大氣的變化情況、上層大氣中氫、氧的逃逸情況等，以揭示原本火星表面可維持液態(tài)水存在的濃密大氣在幾十億年的時間內(nèi)變得稀薄的原因。

希望號任務將搜集超過1000GB的火星數(shù)據(jù)，并由阿聯(lián)酋科學家對這些數(shù)據(jù)進行深入研究，之后向全球公布研究結(jié)果。

3　探測器性能與參數(shù)

希望號探測器本體為六棱柱構(gòu)型，材料為輕型鋁制蜂窩板，發(fā)射質(zhì)量為1500kg，探測器直徑2.37m，高2.90m。3副可擴展600W太陽電池翼，1.5m碟形高增益（定向）天線，非定向低增益天線。在距離地球最近的火星軌道上的數(shù)據(jù)帶寬為1.6Mbit/s，4～6個120N推力器，8～12個5N推力器。探測器預計壽命為2年，主任務完成后可能再進行為期2年的擴展任務。

希望號探測器將攜帶3種有效載荷，即阿聯(lián)酋探索成像儀（EXI）、阿聯(lián)酋火星紅外光譜儀（EMIRS）、阿聯(lián)酋火星紫外光譜儀（EMUS）。其中，阿聯(lián)酋探索成像儀用于測量水冰、塵埃氣溶膠的屬性，并測量火星大氣中臭氧的含量；阿聯(lián)酋火星紅外光譜儀用于測量全球熱結(jié)構(gòu)以及水冰、火星大氣中的水蒸氣和塵埃的豐度；阿聯(lián)酋火星紫外光譜儀用于測量熱大氣層、氫氧圈的全球特點和可變性。這3臺儀器分別在可見、紅外和紫外波長拍攝火星圖像。

4　希望號任務過程

希望號計劃于2020年7月由日本H－2A運載火箭從日本種子島航天中心發(fā)射。在為期7個月的“巡航階段”，探測器將進行有效載荷檢測和校準工作。2021年初，探測器將接近火星，利用推力器減速并進行火星軌道插入，之后探測器進入為期近3個月的“捕獲軌道階段”，在周期為35h的大橢圓軌道（近拱點500km，遠拱點44500km）上進行有效載荷檢測，并進行火星及火星上層大氣的初步觀測。接下來探測器進入“轉(zhuǎn)移軌道階段”，在1個月的時間內(nèi)逐步提升軌道，直到進入20000km、43000km的最佳科學數(shù)據(jù)收集軌道。屆時，探測器進入為期2年的“主要科學探測階段”，完成主任務后將在相同的運行軌道上執(zhí)行為期2年的擴展任務。

希望號探測器攜帶的有效載荷性能

希望號項目進程

5　啟示

目前，世界火星探測活動空前活躍，國外各大航天國家在2018、2020、2022年的發(fā)射窗口均安排了火星探測任務，包括2018年的美國洞察號火星深度鉆巖著陸器；2020年的歐俄“火星生物學2020”、美國“2020火星車”、印度曼加里安－2、阿聯(lián)酋希望號探測器；2022年的美國新型火星軌道器、日本火星衛(wèi)星采樣返回器等，尤其是2020年，全球（包括中國）共將發(fā)射5個火星探測器，將成為火星探測史上發(fā)射火星探測器數(shù)量最多的一年。此外，與冷戰(zhàn)時期僅美蘇爭霸的格局不同，國外未來火星探測活動將由各國參與，既包括主要航天國家美國、歐洲、俄羅斯、日本、印度等，也將出現(xiàn)一些新興參與國，如阿聯(lián)酋、韓國等。尤其是阿聯(lián)酋提出將于2020年7月發(fā)射希望號火星探測器之后，還計劃在迪拜建立一座耗資1.36億美元的“火星科學城”，用于模擬火星上的生存環(huán)境。目前阿聯(lián)酋正積極開展希望號探測器的研發(fā)和“火星科學城”的設(shè)計工作。未來世界火星探測將呈現(xiàn)出多國積極參與、探測形式多樣、充分發(fā)揮各自技術(shù)優(yōu)勢的全新格局。