明年是火星探測器的發(fā)射窗口，將有四個(gè)國家或組織的火星探測器升空，即中國的火星探測器、美國的火星-2020 漫游車(chē)、歐俄的火星生物學(xué)-2020 探測器、阿聯(lián)酋的希望號火星探測器。

　　其中我國的火星探測將通過(guò)一次發(fā)射實(shí)現火星環(huán)繞、著(zhù)陸和巡視，對火星開(kāi)展全球性、綜合性的環(huán)繞探測，并對局部地區開(kāi)展巡視探測，這在世界火星探測史上是前所未有的。

　　探測火星方式共有五種

　　火星是太陽(yáng)系中與地球最相似且距離第二近的行星，因此成為目前除地球以外人類(lèi)研究程度最高的行星，人類(lèi)用空間探測器對火星進(jìn)行探測的歷史幾乎貫穿整個(gè)人類(lèi)航天史。探測火星對研究地球、生命的起源和演變，了解火星的氣候、地質(zhì)和資源，為今后在其上建立人類(lèi)第二個(gè)家園做準備等，都具有重要的意義。

　　人類(lèi)探測火星的方式與探測月球的方式基本相似，包括環(huán)繞探測、著(zhù)陸探測、巡視探測、采樣返回探測和載人登陸探測等五種。其中采用環(huán)繞探測方式可以對火星進(jìn)行普查;采用著(zhù)陸探測和巡視探測方式可以對火星進(jìn)行區域性詳查;采用采樣返回探測和載人登陸探測方式可以對火星進(jìn)行區域性精查。但它們按前后順序來(lái)說(shuō)技術(shù)難度是越來(lái)越大，所以一般都采用循序漸進(jìn)的方針，先進(jìn)行環(huán)繞探測，然后進(jìn)行著(zhù)陸探測、巡視探測、采樣返回探測，最終進(jìn)行載人登陸探測等。

　　目前，人類(lèi)在探月的歷程中，這些探測方式都采用過(guò)，但每次發(fā)射基本上只采用其中的一兩種探測方式。例如，我國嫦娥 1 號、嫦娥 2 號采用環(huán)繞探測方式;嫦娥 3 號、嫦娥 4 號采用著(zhù)陸探測、巡視探測，即一次發(fā)射兩個(gè)探測器;即將發(fā)射的嫦娥 5 號采用采樣返回探測方式，將從月球上取回 2 公斤樣品到地球，供我國科學(xué)家在實(shí)驗室里進(jìn)行精查。印度今年 7 月 22 日發(fā)射的月船 2 號探測器原計劃通過(guò)一次發(fā)射實(shí)現環(huán)繞、著(zhù)陸和巡視三個(gè)目標，但其著(zhù)陸器與軌道器分離后在月面著(zhù)陸的計劃卻在 9 月 7 日遭遇失敗，不過(guò)軌道器運行仍能正常工作。

　　與月球探測相比，由于火星距地球的距離比月球距地球的距離遙遠得多，探測火星的難度也比探測月球的難度大得多，因此，至今人類(lèi)對火星的探測只采用過(guò)環(huán)繞探測、著(zhù)陸探測、巡視探測方式，未來(lái)的目標是對火星進(jìn)行采樣返回探測和載人登陸探測，但難度、投資和風(fēng)險都將很大。

　　“繞”“落”“巡”一步完成屬首次

　　一次發(fā)射完成多種探測的好處是可以“少花錢(qián)，多辦事”，但技術(shù)復雜，風(fēng)險很大，所以一般很少采用。目前，只有美國的海盜 1 號和海盜 2 號火星探測器成功實(shí)現了通過(guò)一次發(fā)射完成環(huán)繞探測和著(zhù)陸探測。歐洲曾兩次進(jìn)行類(lèi)似的火星探測活動(dòng)，但都只完成了環(huán)繞探測，而著(zhù)陸探測均告失敗。

　　1975 年 8 月 20 日和同年 9 月 9 日，美國先后發(fā)射了海盜 1 號和 2 號，任務(wù)是搜尋火星生命存在的證據。它們基本一樣，都是由 1 個(gè)約 2.3 噸重的軌道器和 1 個(gè) 1.1 噸重的著(zhù)陸器組成，飛到火星附近時(shí)分離，其中軌道器進(jìn)入環(huán)繞火星的軌道進(jìn)行在軌觀(guān)測，著(zhù)陸器進(jìn)入火星大氣并在火星表面著(zhù)陸，但它們的著(zhù)陸地點(diǎn)不同。

　　1976 年 6 月 19 日，海盜 1 號軌道器進(jìn)入環(huán)繞火星軌道;同年 7 月 20 日，海盜 1 號著(zhù)陸器在火星表面著(zhù)陸，成為世界上首個(gè)在火星上著(zhù)陸的探測器。1976 年 8 月 7 日，海盜 2 號軌道器進(jìn)入環(huán)繞火星軌道;同年 9 月 3 日，海盜 2 號著(zhù)陸器在火星表面著(zhù)陸。它們?yōu)楹髞?lái)的火星探測器在火星軟著(zhù)陸奠定了基礎。

　　英國和歐洲航天局就沒(méi)有這么幸運了。2003 年 6 月 2 日，歐洲“火星快車(chē)”探測器升空。它是由歐洲的“火星快車(chē)”軌道器和英國的獵兔犬 2 號著(zhù)陸器兩部分組成。2003 年 12 月 19 日，著(zhù)陸器與軌道器分道揚鑣，其中歐洲軌道器于 2003 年 12 月 25 日進(jìn)入環(huán)火星軌道，然后開(kāi)始探測工作，并超期服役至今。著(zhù)陸器在與軌道器分離后就失去了聯(lián)系，一直沒(méi)有音訊，使英國乃至歐洲航天界百思不得其解。直到 2015 年 1 月 16 日，英國航天局發(fā)布聲明稱(chēng)，通過(guò)美國“火星勘測軌道器”拍攝的高分辨率圖像，在火星表面發(fā)現了 10 余年前失蹤的英國獵兔犬 2 號著(zhù)陸器。圖像顯示，獵兔犬 2 號降落在預定著(zhù)陸區，它的引導傘仍連著(zhù)著(zhù)陸器，主降落傘散落在附近，太陽(yáng)能電池板沒(méi)有完全展開(kāi)，所以導致其無(wú)法與地球取得聯(lián)系。

　　2016 年 3 月 14 日，歐洲的“火星生物學(xué)-2016”探測器升空。它由歐洲“微量氣體軌道器”和“夏帕雷利”進(jìn)入、降落和著(zhù)陸演示器組成。其中軌道器主要用于探測火星大氣中的微量氣體;著(zhù)陸器用于火星表面著(zhù)陸試驗。同年 10 月 16 日，著(zhù)陸器與軌道器分離。此后，“微量氣體軌道器”經(jīng)過(guò)變軌進(jìn)入到預定的火星軌道，但原計劃于 2016 年 10 月 20 日在火星表面著(zhù)陸的“夏帕雷利”在著(zhù)陸火星表面前與地面失去了聯(lián)系，原因是一個(gè)僅一秒的計算失誤，提前將降落傘與防熱罩分離了，導致“夏帕雷利”硬著(zhù)陸而撞毀。

　　簡(jiǎn)言之，采用“一舉多得”的方式探測火星比較少見(jiàn)，只有上述 4 次，成功率為 50%。所以，我國明年在首次發(fā)射火星探測器時(shí)計劃史無(wú)前例地通過(guò)一次發(fā)射完成火星環(huán)繞、著(zhù)陸和巡視三項任務(wù)，起點(diǎn)很高，同時(shí)也具有很大的挑戰性。

　　著(zhù)名航天專(zhuān)家葉培健院士在接受筆者采訪(fǎng)時(shí)表示：我們若想實(shí)現超越，必須要“彎道超車(chē)”，利用現有的技術(shù)實(shí)現兩步并一步走。如果 2020 年發(fā)射成功，可以在 2021 年 7 月以前抵達火星。我國火星探測無(wú)論在巡視器上，還是軌道器上都有很多不同的有效載荷，可實(shí)現各種科學(xué)目標，這是很有意義的。我國很早就開(kāi)展了相關(guān)研究，2016 年 6 月初樣方案就完成了，所以我們還是很有信心的。屆時(shí)，實(shí)施我國火星探測“繞”“落”“巡”一步完成，這一跨越式方案在全世界都是首次。

　　延伸閱讀

　　火星探測新高潮即將來(lái)臨

　　2020 年 7 月至 8 月，中國、美國、歐俄和阿聯(lián)酋都將發(fā)射火星探測器，從而掀起火星探測的新高潮。

　　我國火星探測器由環(huán)繞器(也叫軌道器)、著(zhù)陸器和巡視器(又叫火星車(chē))組成。其工程目標是突破火星制動(dòng)捕獲而進(jìn)入、下降和著(zhù)陸，長(cháng)期自主管理，遠距離測控通信，火星表面巡視等，實(shí)現對火星全球綜合性環(huán)繞探測和區域性巡視探測，獲取火星探測科學(xué)數據，使我國深空探測能力和水平進(jìn)入世界航天第一梯隊，實(shí)現跨越式發(fā)展。其科學(xué)目標是實(shí)現對火星的表面形貌、土壤特性、物質(zhì)成分、水冰、大氣、電離層、磁場(chǎng)等進(jìn)行科學(xué)探測。

　　美國將發(fā)射汽車(chē)大小的火星-2020 漫游車(chē)，它是目前在火星表面工作的好奇號火星車(chē)基礎上改進(jìn)的，火星車(chē)底盤(pán)大體不變，并仍采用“空中吊車(chē)”方式著(zhù)陸。該火星車(chē)有四大特點(diǎn)：一是將收集最有希望的內部巖石和土壤的樣本，然后放置在火星表面上，未來(lái)將發(fā)射探測器把樣本帶回地球;二是裝有 23 臺相機，其中的多譜立體成像儀將為科學(xué)家提供更多高分辨率、色彩鮮明的 3D 圖像;三是攜帶了火星氧元素原位資源利用實(shí)驗儀，可以將占火星大氣 96% 的二氧化碳轉化為氧氣;四是攜帶一架每天可工作 3 分鐘、飛行 1 公里的小型無(wú)人駕駛直升機，可前往漫游車(chē)難以到達的地區或生物敏感地區進(jìn)行區域勘探。

　　歐俄的火星生物學(xué)-2020 探測器由歐洲首輛火星車(chē)“羅莎琳德·富蘭克林”(發(fā)現 DNA 結構的科學(xué)家)和俄羅斯“哥薩克舞”火星表面平臺組成。歐洲火星車(chē)裝有 6 個(gè)輪子，每個(gè)火星日移動(dòng)大約 100 米，可適應火星表面復雜的地形。它由太陽(yáng)能電池板供電，通過(guò)加熱器和電池過(guò)夜。它的兩米長(cháng)鉆頭將嘗試挖掘埋藏在火星地表下的生命元素。質(zhì)量為 827.9 千克的俄羅斯“哥薩克舞”火星表面平臺設計壽命為 1 年，用于研究火星的環(huán)境。不過(guò)，在今年早些時(shí)候的兩次主要測試中，歐洲火星車(chē)的降落傘都出了問(wèn)題。

　　阿聯(lián)酋的首個(gè)火星探測器叫希望號，為緊湊型六棱柱結構，設計壽命為 2 年，發(fā)射質(zhì)量為 1.5 噸，用日本H-2A 運載火箭送入太空，采用環(huán)繞探測火星方式研究火星大氣和環(huán)境。
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