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揭秘我國首個火星探測器"螢火一號"
2009年08月04日 16:35:42 來源：科技日報
■ 新聞緣起
我國首個火星探測器“螢火一號”目前已通過研制階段的試驗考核和驗證，將轉入“待發”狀態，預計于今年下半年升空，2010年到達火星並開展科學探測。
火星探測項目是繼載人航天工程、探月工程之後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境、探尋火星“水為什麼消失的秘密”、揭示類地行星空間環境演化特徵等，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、歐洲相繼發射火星探測器之後，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傑教授，為你揭開我國第一顆火星探測器的神秘面紗。
——衛星解讀——
“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”將會被發射上天。屆時，“一箭雙星”將在距地面200公裏的遠軌道飛行4小時，然後飛到距地面1萬公裏的過渡橢圓軌道做26小時的無動力飛行。之後，伴隨著火箭主發動機的再次啟動，“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3.5億公裏
到達火星軌道後，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。為什麼不能是“絕對”合適呢？因為火箭上的“福布斯”還要探測火衛一，只能在探測火衛一的路上把“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。”徐世傑打了個形象的比方。
到2010年8月之後，兩顆衛星正式分道揚鑣，“福布斯”將轉途去探測“火衛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公裏、“遠火點”80000公裏、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3.5億公裏。
——重要任務——
探測火星附近空間環境
“螢火一號”去火星做什麼？徐世傑告訴記者，它的主要任務是拍照和探測火星附近空間環境，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。
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。水是生命的象徵，徐世傑告訴記者，美國發射的著陸探測器“鳳凰號”“機遇號”和“勇氣號”都發現了水的痕跡。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了，但也有可能是幹冰。目前水的痕跡發現很多，但並沒有直接發現水，所以還不能最後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。
徐世傑說：“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一段時間。”
——面臨挑戰——
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。
徐世傑證實了這個說法：“探火星風險比較大。我做過統計，到去年12月為止，人類共發射了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。發射幾小時後爆炸的、發射後失去信號的、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。”
那麼，我們的“螢火一號”將要面臨哪些困難呢？
三大考驗
面臨-200℃的嚴寒考驗
“螢火一號”，面臨的最大挑戰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。然後，它在“長火影”結束後再加電喚醒。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”，就不能在通電後“活”過來。“‘長火影’是小家夥不得不過的一道關。”
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，”徐世傑坦言：“‘螢火一號’拍攝照片後，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裏郊區、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
“螢火一號”還面臨著如何實現多星定向問題。徐世傑指出，多星定向是姿態控制裏的難題。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”的姿態控制來說是極大的挑戰。這項技術是否能完美應用，等十月“螢火一號”上天後我們就能一看究竟。
■ 延伸閱讀
人類勘探火星大事記
１９６０年１０月１０日：蘇聯向火星發射第一枚探測器。４天後，第二枚探測器升空。但兩枚探測器均連火星環繞軌道都沒有到達。
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：美國發射“火星探路者”，攜帶“旅居者”號火星車登陸火星。科學家根據發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”號探測器發射升空。
２００３年７月７日：“勇氣”號的孿生兄弟“機遇”號火星車發射升空。
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。(程宇婕)
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