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揭秘中国火星探测器萤火一号 将飞行3.5亿公里
(博讯北京时间2011年10月29日 转载)
    
    揭秘中国火星探测器萤火一号 将飞行3.5亿公里


    图为萤火一号和火星的模拟图
    
      火星,当前国际深空探索中的最热目的地,即将迎来一位不到120公斤的小个子“游客”。别看它貌不惊人,却将为今年已屡创辉煌的中国航天史再添上绚丽的一笔。如果说天宫一号发射成功让中国人在近地空间驻留更长时间成为可能的话,那么,它则会把我们的视野带到更遥远的深空。
    
      萤火一号,我国首枚火星探测器,已于日前成功运达哈萨克斯坦境内的拜科努尔发射场,预计将于11月9日凌晨搭乘俄罗斯的“天顶”号运载火箭与“福布斯—土壤”探测器一起发射升空。
    
      先遣部队,开启火星探测之门
    
      自中国国家航天局2000年宣布空间科学成为我国民用航天的重要组成部分以来,中国空间探测的步伐就从未停止,地球空间双星探测计划、月球探测工程先后上马并取得阶段性进展。8月25日,嫦娥二号卫星准确进入太阳与地球引力平衡点距离地球约150万公里的拉格朗日L2点的环绕轨道,成为太阳系中飞得最远的中国来客,但这样的距离相对于萤火一号的旅程来说也只能算是“小巫见大巫”,后者将飞行约3.5亿公里,在此过程中迈出中国深空探测的重要一步。
    
      在我国深空探测的整体设想中,火星无疑是最为重要的探测对象。中国科学院空间科学与应用研究中心主任、萤火一号工程应用首席科学家吴季在接受本报专访时表示:“中国科学家很早以前就有探测火星的愿望,并利用国外探测数据做了一些工作。由于第一次探测必须先用轨道器而不是着陆器进行围绕探测,因此,萤火一号可以被比喻为我国火星探测的先遣部队。”
    
      火星探测难道只是为了满足人们的好奇心吗?还是蕴含更为现实的动因呢?吴季介绍,研究火星就相当于研究地球的历史和未来。地球虽然在太阳系中极为特殊,成为人类目前唯一的家园,但这种情况绝非一成不变。历史上,地球就曾出现过像现在的火星一样、异常寒冷的时期。作为地球的近邻,火星的地质环境和很多基本参数都和地球接近,面对目前全球变暖的趋势,我们同样有理由发问:未来地球会不会变得太热,以致于海水都蒸发掉,成为第二颗火星?这些问题只有通过比较其他行星的历史和现状才能得到答案。
    
      国际合作,探索火星空间环境
    
      萤火一号这回是搭了俄罗斯的火卫一探测器“福布斯—土壤”的“顺风车”,据吴季介绍,俄罗斯科学院再次实施火星探测计划后,火箭留有一定的运载余量,于是主动邀请中国参加该计划并搭载一个微小卫星。对于中国来说,在还没有建立起真正的深空测控网之前,借用俄罗斯的飞船一同飞往火星并开展联合探测,可以大大地将我国科学家利用自主的探测数据深入开展对火星研究的时间提前。在此背景下,萤火一号应运而生。
    
      萤火一号此次肩负的主要使命是对火星的空间环境展开探测。俄罗斯科学院宇宙空间研究所所长列夫·泽廖内近日表示,即将升空的俄“福布斯-土壤”和中国萤火一号火星探测器将帮助两国科学家加深对火星大气的了解,这将是人类首次利用两个处于不同位置的航天探测器同时对火星电离层和磁场进行研究。
    
      吴季透露,自1960年以来,人类已经向火星发射了40多个探测器,其中15次成功进入了火星轨道,8次成功着陆,并释放了3辆火星巡视车。但是,这些探测计划的科学目标几乎都是追踪水的痕迹、发现生命信号,其轨道也大都是极轨圆轨道。只有俄罗斯的“福波斯2号”曾经对火星的空间环境开展过探测,但只工作了三个月就与地面失去联系。因此人类对火星的高层大气、电离层、磁层环境和太阳风的相互作用等都了解甚少,萤火一号正好填补了此项空白,在国际上具有重要地位。
    
      深空测控,面临3大严峻考验
    
      清华大学航空航天学院副院长李俊峰在接受本报采访时表示,此次发射萤火一号,技术验证或者说实验的成分更多一些,以便积累相关经验,为以后独立开展火星等行星的深空探测工作夯实基础。他告诉记者,俄罗斯的“天顶”号运载火箭就像“老司机”一样经验丰富,萤火一号成功进入火星轨道的问题应该不大,难题在于跟组合系统分离后如何开展深空测控和通信。
    
      经过40多年发展,我国已经完全有能力研制出包括月球探测器和火星探测器在内的各类探测器。吴季坦言,萤火一号在技术上最大的挑战是“小”。受发射重量限制,萤火一号之轻,在人类历史上也属罕见。载荷小,距离远,任务重,萤火一号的火星征程可谓荆棘遍布。
    
      挑战之一来自于7个长达8.8个小时的火星阴影,在此期间探测器将得不到来自太阳的能量,只能让部分部件进入休眠状态,届时周围环境温度低于零下200℃,萤火一号随时面临“冻死”的危险;其次,超远距离会带来信号衰减和传输时延等困难,更何况我国还没有覆盖全球的深空探测网,仍需俄罗斯和欧洲空间局的地面站帮忙分时段接收信号,但即使3个地面站联合起来,也只能下载萤火一号获取的5%到10%的数据;此外就是多星定向的问题,即往地球传送数据时要对地球定向、拍摄火星时仪器要对火星定向、太阳能帆板还要随时对太阳定向……这对探测器的姿态控制来说是一个不小的难关。
    
      火星探测大事记
    
      1960年10月10日:前苏联向火星发射第一枚探测器,但这枚探测器连火星环绕轨道都没有到达。
    
      1962年11月1日:前苏联发射了“火星1号”探测器,成功进入前往火星的轨道,但在飞离地球1亿公里左右时与地面失去联系,通常被看作是人类火星探测的开端。
    
      1964年11月28日:美国“水手4号”开始8个月的火星之旅,成为有史以来第一枚成功到达火星并发回数据的探测器。
    
      1971年5月31日:美国“水手9号”升空,成为第一个火星轨道飞行器。它首次拍摄到火星全貌。
    
      1996年12月4日:美国发射“火星探路者”,携带“旅居者”号火星车登陆火星。科学家根据发回的图片信息判定,火星曾经温暖和潮湿。
    
      1998年7月3日:日本发射“希望”号探测器,成为世界上第3个发射火星探测器的国家,但“希望号”于2003年12月9日被迫放弃。
    
      2001年4月7日:美国发射“奥德赛”火星探测器,标志着美国火星探测计划重新启动。2002年,“奥德赛”发现火星表面和近地表层中可能有丰富的冰冻水,但这一问题目前存在争议。
    
      2003年6月10日:携带“勇气”号火星车的美国“火星探测流浪者”号探测器发射升空,2004年1月3日在火星表面成功着陆。
    
      2007年2月25日:欧洲航天局的“罗塞塔”彗星探测器靠近火星飞行,顺利完成利用火星引力调整飞行速度和轨道的任务。
    
      2007年8月4日:美国发射“凤凰号”探测器,它在火星北极区域登陆后收集了冰样,而且还发现火星表面土壤的化学成分与海水非常类似。11月10日后“凤凰号”与地面失去联系。 (博讯 boxun.com)
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