去往火星的那些“人類使者”

文/ 幻棠

水手4號火星探測器

即使在相距遙遠的地球，我們也能用肉眼分辨出火紅色的火星。這顆紅色的星球引發(fā)了人類無數(shù)的幻想，最有名的就是把它想象成脾氣暴躁、非常好戰(zhàn)的“戰(zhàn)神”。人類對火星充滿了好奇，這些好奇心驅使人類一有機會，就會對火星進行探索。

如今，經(jīng)過幾十年的積累，火星周圍和地面上都有了人類派去的“使者”。這些作為“人類使者”的火星探測器不負使命，大大提高了人類對火星的認識。人類漸漸發(fā)現(xiàn)，火星是一顆特別值得去探索和深入研究的星球。

開 端

1962年蘇聯(lián)發(fā)射的火星1號探測器被公認為是人類嘗試邁向火星的第一步。可是，雖然火星探測器起步于蘇聯(lián)，但是發(fā)射火星探測器成功率最高、取得成果更多的卻是美國。

火星探測器一般有兩個組成部分，一部分是軌道器，即進入火星軌道，從上方掠過火星或者成為火星的人造衛(wèi)星的部分；另外一部分是著陸器，顧名思義是降落在火星表面，可以在火星表面進行探測的儀器，這部分探測儀器現(xiàn)在都設計成可以在火星表面進行移動的樣式，成了一類火星車。因為著陸器對技術要求較高，所以在冷戰(zhàn)時期，首批發(fā)射到火星的探測器大部分都是軌道器，比方說美國最開始發(fā)射的水手系列。

1962年美國開始實施水手計劃，于1964年先后向火星發(fā)射了兩枚探測器，“水手3號”和“水手4號”。1964年11月5日美國的第一枚火星探測器“水手3號”發(fā)射升空，但很不幸，這枚探測器由于偏離軌道而發(fā)射失敗。1964年11月28日，另一枚“水手4號”發(fā)射升空，在1965年7月14日在火星表面約1 萬千米上空掠過火星，傳回了21 張火星照片。這是第一個成功到達火星并傳回數(shù)據(jù)的探測器。

1969年，美國又向火星成功發(fā)射了“水手6號”和“水手7號”。它們成功對火星大氣成分進行了分析，并向地球傳送了大量照片。水手系列當中最成功的莫過于1971年11月13日到達火星的“水手9號”。“水手9號”首次成功進入環(huán)繞火星軌道，第一次向人類展現(xiàn)了火星的全貌。

在火星軌道探測器接連取得成功之后，美國開始發(fā)射帶有著陸器的火星探測器，來探尋火星上的生命跡象。這就是較為著名的“海盜1號”和“海盜2號”。“海盜1號”和“海盜2號”著陸器分別于1976年7月20日和1976年9月3日與軌道衛(wèi)星分離，在火星表面成功著陸。兩者的主要探測目標相同，研究火星溫度、磁場風速、風向和x 射線光譜。

發(fā)射前接受測試的“水手4號”

“海盜號”火星探測器攜帶的著陸器

盡管這兩枚探測器造價昂貴，但是兩者傳回的火星信息也最多?！昂１I1號”不僅發(fā)回了火星周圍環(huán)境全彩色圖，告訴我們火星的天空是桃粉色的，而且它還拍攝到了一張酷似人臉的火星地表照片。而“海盜2號”除了完成自己的主要任務，進行火星地貌和火星環(huán)境勘測之外，還意外地記錄到了一次火星地震，提供了非常珍貴的火星地震數(shù)據(jù)。不過，“海盜1號”和“海盜2號”都沒有發(fā)現(xiàn)火星上有任何生命跡象。

“海盜1號”軌道衛(wèi)星一直運行到了1980年，著陸器則一直工作到了1982年?！昂１I2號”軌道衛(wèi)星持續(xù)工作到1987年，而著陸器在1980年就停止了工作。

續(xù) 曲

上世紀60 ～70年代火星探測的成功，使得美國在全球航天界名聲大噪。進入90年代，美國又開始續(xù)寫它的火星探測神話。

1996年11月7日，美國著名的火星探測器火星全球勘測者發(fā)射升空，這枚火星探測器經(jīng)過10 個月的飛行，在1997年9月11日成功進入環(huán)繞火星的運行軌道。

“海盜2號”拍攝的火星表面

“火星全球勘測者”攜帶有7 臺先進的科學儀器，能夠獲得火星表面的高分辨率圖像，可以更精確地對火星的地貌、火星重力場，以及火星環(huán)境大氣成分進行分析。這個火星探測器取得了巨大的成功，它向地球發(fā)回了幾千幅火星地表圖像，并且對火星表面進行了2700 萬次海拔高度測量，所獲得的火星信息比之前所有火星探測器全加起來還要多。

由此，我們開始知道，很久很久之前，火星上也曾存在過海洋，知道現(xiàn)在這顆紅色星球上有坑洼和丘陵，海盜1號拍攝的“火星人臉”只不過是一座小山，知道火星上有相當于南大西洋那樣大的風暴……這個優(yōu)秀的火星探測器超長服役了10年。后來，因為出現(xiàn)電池故障，“火星全球勘測者”逐漸與地球失去聯(lián)系，于2006年11月5日終結了它神圣的使命。

利用“火星全球勘測者”發(fā)回地球的海量圖像和詳細數(shù)據(jù)，科學家繪就了火星的一幅全球地形圖。這為后來美國再次成功發(fā)射火星探測器做了一個非常好的鋪墊。

如果說地球上出現(xiàn)輪子代表了人類文明的一次飛躍，那么，火星上的人類探測器有了輪子則顯示了人類太空探索技術的又一次飛躍。裝備了6 個輪子的索杰納號火星車就是此次飛躍的杰出代表。

索杰納號火星車是1996年12月4日美國發(fā)射的火星探路者號探測器所攜帶著陸器的重要組成部分，是人類送往火星的第一部可以從地球進行遙控的自主式機器人車輛， 僅一個微波爐般大小。它于1997年7月4日在火星表面著陸成功。

每天不斷向地球傳送圖像、匯報火星天氣情況，并能夠在一定范圍內自由活動的索杰納火星車使人類對火星環(huán)境有了更加全面細致的了解。它對火星的巖石和土壤的探測結果證實，火星歷史上的確曾發(fā)生過特大洪水，還發(fā)現(xiàn)火星的巖石成分與地球的類似。

火星全球勘測者

值得一提的是，索杰納火星車的原設計壽命只有7 天，而它卻奇跡般地工作了3 個多月，帶給了人類一個大大的驚喜。

新 篇

火星探路者軌道衛(wèi)星和索杰納火星車在1998年各自結束了火星上的考察使命。進入新世紀，取而代之成為新一代軌道衛(wèi)星的火星探測器，是2001年美國成功發(fā)射的火星奧德賽探測器。

在廠房中的“火星探路者”

“火星探路者”拍攝到的在火星上的索杰納火星車

火星奧德賽探測器是21 世紀初美國火星發(fā)射任務的“大手筆”。最初在原計劃中，火星奧德賽探測器也分軌道器和著陸器兩部分，但因前兩次火星探測任務接連失?。?998年12月火星氣候軌道器發(fā)射失敗，1999年1月火星極地登陸者發(fā)射失?。?，打擊了美國人的信心，著陸器暫時被取消。因此，火星奧德賽探測器沒有著陸器，只有軌道衛(wèi)星部分。

環(huán)繞火星軌道運行的“火星奧德賽”的主要任務是研究火星結構，尋找水與火山活動的跡象，并檢測星際致命輻射水平，從而為下一步太空探險鋪平道路?！盎鹦菉W德賽”最重要的成果是發(fā)現(xiàn)了火星表面有豐富的水冰。

為彌補火星“火星奧德賽”沒有著陸器的缺憾，繼續(xù)火星地面考察工作，美國在2003年啟動了“火星探測漫游者”計劃，先后將“勇氣號”和“機遇號”兩輛火星車送往火星。

“勇氣號”在2003年6月10日發(fā)射升空，于2004年1月3日在火星表面著陸。這部火星車已在2011年3月22日與地球失去聯(lián)系。漫游者計劃的另一部火星車——機遇號在2003年7月7日發(fā)射升空，2004年1月25日成功降落在火星表面，超期服役14年，于2018年與地面失聯(lián)。

“機遇號”和“勇氣號”兩輛火星車為我們帶來了豐碩的研究成果。它們進一步分析了火星的土壤成分，發(fā)現(xiàn)在火星土壤當中僅有2%的水和空氣，其他98%都是礦物質和金屬，而且，還在土壤中首次探測出了可能源自火星遠古火山噴發(fā)而產生的鎳和鋅元素……

結合之前火星探測器的所有成果，火星的歷史畫卷也慢慢在人類面前展開：火星在遠古時期曾經(jīng)擁有溫暖潮濕的環(huán)境，但火星的海洋和湖泊卻不像地球上的水體一樣溫和，而是呈強酸性，在這樣嚴酷的環(huán)境下，絕大部分地球生命都將無法生存。

至此，通過這些“火星使者”，人類已經(jīng)知道了許多關于火星的新知識?？墒?，我們新提出的問題遠比所知道的要多，人類必須對火星進行更深入的探索。

“火星奧德賽”的藝術想象圖

“火星奧德賽”進入火星軌道

勇氣號和機遇號火星車的藝術想象圖

包裹“機遇號”的氣囊完成使命后留在了火星表面

為了大幅降低探測器的著陸風險，使未來的火星探索之路更加順暢，美國在2005年8月12日發(fā)射了一顆火星偵察專用軌道器，以前所未有的高分辨率偵查火星地表環(huán)境，評估火星上最佳著陸地點，提供高速通訊傳遞功能，來確保后續(xù)發(fā)射任務的成功率。

這枚火星軌道偵察器在2006年3月10日成功進入火星軌道，成為了火星的美國第三個正在使用中的火星探測器（前兩個分別是“火星全球勘測者”和“火星奧德賽”）。

事實證明，先派遣“火星偵察兵”的做法是十分明智的，美國后續(xù)發(fā)射任務均從此中受益。

2007年8月4日，美國鳳凰號火星探測器發(fā)射又一次獲得了成功。這個穩(wěn)穩(wěn)降落在火星北極的探測器，在其著陸地發(fā)現(xiàn)了微生物新陳代謝的重要化合物之一高氯酸鹽，而且找到了火星曾經(jīng)存在液態(tài)水的最新證據(jù)，再一次證實火星上的確有水。除此之外，“鳳凰號”還探測到了來自火星云層的一場降雪。在圓滿完成任務之后，隨著火星漸漸步入寒冬，鳳凰號探測器由于太陽能電池板受損，電量不足而終止了運行。

2012年8月，裝載了新能源的美國第一臺采用核動力驅動的火星車“好奇號”成功登陸火星，開啟了新一代探險的華麗篇章。由核動力驅動的好奇號火星車幾乎是“機遇號”的5 倍大，各方面能力也全面升級。攜帶了大量精密儀器的“好奇號”，相當于一個標準的野外地質學家，其能力足以令此前的所有著陸器相形見絀。

登上火星后的“好奇號”將獲得的第一鏟細粒土壤加熱到835 攝氏度的高溫，結果分解出了水、二氧化碳以及含硫化合物等物質，其中水的質量約占2%。此外，“好奇號”還在火星表面探測到了甲烷，這也是它的重大探測成果之一。

向火星派出“地質學家”后，2013年11月18日，美國又派出了另一位軌道“大氣專家”，即火星大氣與揮發(fā)演化探測器。這枚軌道衛(wèi)星在2014年9月22日成功進入火星軌道。它的主要任務是幫助人類了解火星大氣層的氣體逃逸對火星氣候和環(huán)境演變所產生的影響，目前已取得了不少令人矚目的成果。

火星軌道偵察器在考察火星南極地區(qū)

“鳳凰號”著陸火星

2018年5月5日，美國派出了一枚技術含量更高的“殺手锏”，即洞察號火星著陸探測器，用來專門研究火星的內部結構特征。它成功在2018年11月登陸火星。這枚耗資巨大的探測器創(chuàng)造了數(shù)個“第一”：它是第一個直接將地震儀放置在火星地表的探測器，第一個使用自轉式鉆頭深入火星地下勘探、最深達5 米的探測器，第一次在火星表面利用磁強針進行探測的探測器，還是第一次在深空任務中搭載立方體小衛(wèi)星作為輔助的探測器。

“好奇號”在經(jīng)歷了一場火星風暴后拍攝的自拍像

洞察號火星探測器

火星大氣與揮發(fā)演化探測器

不過，洞察號著陸器并不是如“好奇號”那樣的火星車。它不能像“好奇號”一樣，可以四處跑動進行勘探，只能原地勘測。但是，“洞察號”有一個長達2.4 米的機器人手臂，能夠讓它在更大的范圍內勘測火星地震狀況。

“洞察號”登陸火星的第一年便是令人驚嘆的一年。在這短短的一年里，它就勘測到了450 場火星震、上千場火星風，還有神秘莫測的古老磁場。未來，“洞察號”將會帶給我們更多的驚喜。

截止到2020年7月，美國仍是全球火星探測的最大贏家。目前它有6個探測器在火星運行，其中包括3 顆衛(wèi)星（火星奧德賽號、火星偵察軌道器、火星大氣與揮發(fā)演化探測器）和2 個著陸器（好奇號和洞察號）。除美國之外，全球還有3 個國家或組織成功進行了火星探測，分別是俄羅斯、歐空局和印度。

中國曾在2011年11月8日將自主研制的“螢火1號”火星探測器搭乘在俄羅斯火衛(wèi)-土壤探測器內部一起發(fā)射升空，但因主動推進裝置未能點火，火衛(wèi)-土壤火星探測器變軌宣告失敗。這樣，中國搭載的第一個火星探測器螢火1號也發(fā)射失敗。

在2020年火星探測窗口期，中國再一次啟動了火星探測器發(fā)射計劃，并且獨立完成發(fā)射任務，一次性實現(xiàn)“環(huán)繞、著陸、巡視”三個目標。一次性實現(xiàn)三個目標，這種挑戰(zhàn)前所未有。期待五星紅旗順利插上火星！