圖解深空探測(cè)史

文/ 葉楠

火星探測(cè)（中）

火星全球勘測(cè)者號(hào)：重啟火星探測(cè)

隨著冷戰(zhàn)的結(jié)束，美蘇兩國(guó)對(duì)火星探測(cè)的熱情也急劇下降，“海盜”任務(wù)之后的十幾年里都沒(méi)有新的探測(cè)器飛向火星。1996年11月7日，美國(guó)的火星全球勘測(cè)者號(hào)探測(cè)器從卡納維拉爾角發(fā)射升空，它的主要任務(wù)是收集火星表面地形、組成、重力、大氣和磁場(chǎng)等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)用于研究火星表面地質(zhì)構(gòu)造、物質(zhì)分布、內(nèi)部性質(zhì)、磁場(chǎng)變化及天氣氣候等。1997年11月12日，“火星全球勘測(cè)者號(hào)”進(jìn)入火星環(huán)繞軌道，原計(jì)劃利用火星大氣使飛船減速進(jìn)入圓形測(cè)繪軌道，但由于其中一塊太陽(yáng)能電池板出現(xiàn)故障，直到1999年2月才最終達(dá)成這一目標(biāo)?！盎鹦侨蚩睖y(cè)者號(hào)”借助先進(jìn)的激光設(shè)備，以每秒10次的頻率將激光射向火星，然后記錄下激光返回探測(cè)器所需要的時(shí)間并計(jì)算出高度，據(jù)此繪制出了高精度的火星地圖（上圖）。

火星全球勘測(cè)者號(hào)的成果

“火星全球勘測(cè)者號(hào)”的軌道接近正圓形，高度為378公里，公轉(zhuǎn)周期為117.65分鐘，軌道傾角93度，基本上是垂直于火星赤道公轉(zhuǎn)，選擇這個(gè)軌道也是為了測(cè)繪需要。每次公轉(zhuǎn)一周以后，火星表面會(huì)因?yàn)樽赞D(zhuǎn)向西偏移28.62度，經(jīng)過(guò)88次公轉(zhuǎn)后，“火星全球勘測(cè)者號(hào)”會(huì)重新回到開(kāi)始時(shí)的位置，但會(huì)向西偏移59公里，以確?？梢蕴綔y(cè)到整個(gè)火星表面。主要測(cè)繪工作直到2001年初才完成，后續(xù)又進(jìn)行了兩期延續(xù)任務(wù)，直到2006年11月2日失去聯(lián)系。其間，“火星全球勘測(cè)者號(hào)”還作為后續(xù)火星著陸器及火星車同地球通訊的中轉(zhuǎn)站。

除了繪制火星表面高精度地圖以外，“火星全球勘測(cè)者號(hào)”還有許多其他重要發(fā)現(xiàn)：類似地球表面液體流動(dòng)造成的地形（左圖），但火星表面氣溫和壓力過(guò)低，液態(tài)水是無(wú)法存在的；火星表面貌似乳酪的地形（右圖）；眾多被掩埋的火山；正在發(fā)生的火星龍卷風(fēng)等。

火星探路者號(hào)：首輛在火星表面行駛的火星車

美國(guó)的火星探路者號(hào)探測(cè)器于1996年12月4日發(fā)射升空，僅比“火星全球勘測(cè)者號(hào)”晚了不到一個(gè)月。該任務(wù)是繼“海盜”任務(wù)20年之后，人類探測(cè)器再次登陸火星。1997年7月4日，“火星探路者號(hào)”成功在火星北半球的阿瑞斯谷著陸，其主要任務(wù)是探測(cè)和分析火星巖石和土壤。此外，“火星探路者號(hào)”開(kāi)創(chuàng)性地使用了安全氣囊著陸裝置（左圖）及障礙自動(dòng)回避系統(tǒng)，這些在后續(xù)的火星車任務(wù)中都得到了繼承。

“火星探路者號(hào)”的著陸器中還攜帶了一輛名為索杰納號(hào)的小型火星車（右圖），這是人類第一輛在火星表面行駛的火星車，它長(zhǎng)65厘米、重11.5千克，裝配有一次性電池和太陽(yáng)能電池板，科研設(shè)備為X射線光譜儀和三臺(tái)相機(jī)。任務(wù)設(shè)計(jì)時(shí)長(zhǎng)為7個(gè)火星日，但實(shí)際上“索杰納號(hào)”共工作了83個(gè)火星日，行駛距離100米。

2001火星奧德賽號(hào)：最長(zhǎng)壽的火星探測(cè)器

美國(guó)的2001火星奧德賽號(hào)探測(cè)器于2001年4月7日發(fā)射升空，同年10月24日抵達(dá)火星，2002年1月通過(guò)火星大氣減速成功進(jìn)入火星環(huán)繞軌道?！?001火星奧德賽號(hào)”的名稱來(lái)自于電影《2001太空漫游》，它攜帶的科學(xué)儀器主要包括熱輻射成像儀、伽馬射線光譜儀和火星環(huán)境輻射探測(cè)儀。迄今為止，“2001火星奧德賽號(hào)”已經(jīng)服役超過(guò)18年，是火星探測(cè)史上最長(zhǎng)壽的探測(cè)器。它的主要工作是對(duì)火星表面進(jìn)行測(cè)繪，并尋找水與火山活動(dòng)的跡象，2018年還監(jiān)測(cè)到了席卷火星全球的沙塵暴，另外一項(xiàng)工作是為后續(xù)登陸火星的著陸器提供通訊服務(wù)。

火星快車號(hào)：歐空局首個(gè)火星探測(cè)器

“火星快車號(hào)”（左圖）是歐空局的首次火星探測(cè)任務(wù)，包括火星快車號(hào)軌道飛行器和小獵犬2號(hào)著陸器。2003年6月2日，“火星快車號(hào)”從拜科努爾發(fā)射升空，同年12月25日進(jìn)入火星繞轉(zhuǎn)軌道，近火點(diǎn)298公里、遠(yuǎn)火點(diǎn)10107公里，軌道傾角86.3度，軌道周期7.5小時(shí)?！盎鹦强燔囂?hào)”攜帶多種科學(xué)儀器，包括光學(xué)與紅外礦物光譜儀、紫外與紅外大氣光譜儀、高分辨率立體相機(jī)等，發(fā)現(xiàn)了火星極冠的干冰和水冰、火星大氣中存在甲烷、火星礦物中存在水合硫酸鹽等。

還記得在上一期出現(xiàn)的那張“海盜1號(hào)”拍攝的火星“人臉”照片嗎？當(dāng)時(shí)“海盜”計(jì)劃的首席科學(xué)家杰瑞·蘇芬已經(jīng)對(duì)此做出了解釋：這是由光線和陰影造成的錯(cuò)覺(jué)。但公眾對(duì)這張照片的關(guān)注和議論卻從未停止過(guò)。直到“火星全球勘測(cè)者號(hào)”和“火星快車號(hào)”重新對(duì)這片地區(qū)進(jìn)行了拍攝，并合成出清晰的立體影像（右圖），可以看出，這只是火星上一座普通的山峰而已。

小獵犬2號(hào)著陸器

小獵犬2號(hào)著陸器（左圖）是“火星快車號(hào)”任務(wù)的一部分，主要任務(wù)是搜尋火星生命信息，名字來(lái)自于兩次跟隨達(dá)爾文遠(yuǎn)航的小獵犬號(hào)帆船。2003年12月19日，“小獵犬2號(hào)”被“火星快車號(hào)”發(fā)射至飛向火星的軌道，按計(jì)劃應(yīng)于12月25日著陸在火星表面，但是無(wú)論是“火星快車號(hào)”還是“2001火星奧德賽號(hào)”，以及地面射電望遠(yuǎn)鏡均未收到登陸成功的信號(hào)。直到2005年，一張“火星全球勘測(cè)者號(hào)”的照片公布發(fā)現(xiàn)了已經(jīng)成功著陸的“小獵犬2號(hào)”（右圖中箭頭所指處），由于太陽(yáng)能板未能全部打開(kāi)，其下面的通信天線無(wú)法正常工作，因此無(wú)法收到任何來(lái)自于它的信息。

火星探險(xiǎn)漫游者計(jì)劃：雙車探火星

火星探險(xiǎn)漫游者是美國(guó)宇航局的2003年火星探測(cè)計(jì)劃，目的是將勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)兩輛火星車（上圖）送往火星，主要科學(xué)目標(biāo)有：搜尋火星巖石和土壤中水活動(dòng)的蹤跡、探測(cè)著陸區(qū)周邊的礦物分布及成因、尋找液態(tài)水存在時(shí)期的地質(zhì)學(xué)因素等。兩輛火星車為六輪設(shè)計(jì)，獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力來(lái)源為太陽(yáng)能，外形尺寸2.3×1.6×1.5米，重180千克，最高速度為每秒50毫米，平均速度為每秒10毫米，攜帶的科學(xué)儀器有全景相機(jī)、顯微成像儀、巖石研磨器（下圖）、X射線光譜儀等。

勇氣號(hào)火星車

勇氣號(hào)火星車于2003年6月10日發(fā)射升空，2004年1月3日在火星表面成功著陸。“勇氣號(hào)”的設(shè)計(jì)壽命為90個(gè)火星日，卻運(yùn)行了2695個(gè)火星日，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出預(yù)期。在這六年多的時(shí)間里，“勇氣號(hào)”的太陽(yáng)能電池板多次被沙塵覆蓋，多次陷入松軟的沙地，在右前輪失靈的情況下依舊行駛了7.73公里，發(fā)現(xiàn)了火星上的玄武巖以及水與巖石相互作用的痕跡，還觀測(cè)了火星上的日落（上圖）、火衛(wèi)一“月食”、火衛(wèi)二凌日和火星上的流星雨。

機(jī)遇號(hào)火星車

2003年7月7日，“機(jī)遇號(hào)”從肯尼迪航天中心發(fā)射升空，經(jīng)過(guò)7個(gè)月的飛行于2004年1月25日安全降落在火星的子午高原。“機(jī)遇號(hào)”和“勇氣號(hào)”的結(jié)構(gòu)完全一樣，設(shè)計(jì)壽命也是90個(gè)火星日，但它比“勇氣號(hào)”還要頑強(qiáng)，一直工作了5352個(gè)火星日，直到2019年2月13日，處于休眠狀態(tài)的火星車未能再被喚醒。在這漫長(zhǎng)的15年里，“機(jī)遇號(hào)”在火星上行駛了45.16公里（左圖），共傳回超過(guò)20萬(wàn)張照片。它還發(fā)現(xiàn)了火星上的赤鐵礦、火星上的隕石、水作用的痕跡。為紀(jì)念“機(jī)遇號(hào)”對(duì)火星探索的重大貢獻(xiàn)，39382號(hào)小行星以“機(jī)遇號(hào)”的名字來(lái)命名。