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中国火星探测计划

中国火星探测计划是中国第一个火星探测计划,中国国家航天局会与俄罗斯联邦航天局合作共同探索火星。2011年发射的萤火一号(11月9日,俄方宣布搭载有萤火一号的福布斯-土壤号火星探测器变轨失败)是该计划的首颗火星探测器。

火星将成为中国深空探测第二颗星球,已提出环绕探测方案。

2016年1月11日,中国正式批复首次火星探测任务,中国火星探测任务正式立项,并将在2020年左右发射一颗火星探测卫星。 [1-3]

中国未来将进行深空探测,探测太阳系、火星、小行星等,探寻地外生命信息。 [4]

针对火星的探测任务,主要包括探索火星的生命活动信息,包括火星过去、现在是否存在生命,火星生命生存的条件和环境以及对生命起源和地外生命的探测。 [4]

针对火星本体的科学研究,将包括对火星磁层、电离层和大气层的探测与环境科学,包括火星的地形、地貌特征与分区,火星表面物质组成与分布,地质特征与构造区划;对于火星内部结构、成分,火星的起源与演化也将进行进一步的研究和探索。欧阳自远表示,在以“为人类社会的持续发展服务”的总目标下,将探讨火星的长期改造与今后大量移民建立人类第二个栖息地的可能性。

当前的计划显示,火星的探测将实行轨道器加火星车的联合探测方式,计划将在2020年实现火星的着陆巡视,在2030年实现火星的采样返回。 [4]

整个计划共分四个阶段:

阶段1:(~2009年)会对第一次任务进行充足准备,包括定立探测目标、技术研发和寻求国际合作。

阶段2:(2009年2020)探测火星环境,所得的数据用作火星软着陆之用。

阶段3:2020年发射火星着陆器并携带一辆火星车,在火星上软着陆。 [2]

阶段4:成立火星表面观察站、发展飞行器穿梭地球与火星、并且建立火星基地供机械探测器进入。此阶段的最终目标是为将来人类登陆火星提供基础,令人类可在火星观察站中观察火星。 [5]

1962年11月,苏联发射“火星1号”探测器,在飞离地球1亿公里时与地面失去联系,从此下落不明,它被看作是人类火星探测的开端。

1965年7月,美国“水手4号”飞近火星,从距离火星1万公里处拍摄了21幅照片。

1972年,美国“水手9号”飞船沿火星外层空间轨道飞行,成为火星的第一颗人造卫星,环绕火星轨道进行长期考察。

1974年,苏联“火星6号”和“火星7号”探测器在火星着陆,探测结果没有公布。

1998年7月,日本发射“希望”号火星探测器,但以失败告终。

2001年4月,美国发射“奥德赛”号火星探测器,发现火星表面可能有丰富的冰冻水。

2003年6月,欧洲宇航局的第一个火星登陆器“猎兔犬2号”及其搭乘的“火星快车”探测器由俄罗斯火箭发射升空,“猎兔犬2号”登陆火星后与地面失去联系。

2003年6月,携带“勇气”号火星车的美国“火星探测流浪者”号探测器升空。次年1月“勇气”号火星车在火星表面成功着陆。

2008年,美国“凤凰”号探测器成功登陆火星,后失去联系。 [6]

2011年11月,俄罗斯“福布斯-土壤”火星探测器及其搭载的“萤火一号”火星探测器发射失败。 [7]

2011年11月26日23时2分,美国“好奇号”火星探测器发射成功,顺利进入飞往火星的轨道。

2012年8月6日, 美国“好奇号”火星探测器成功降落在火星表面,展开为期两年的火星探测任务。

2013年11月5日,印度“曼加里安”(Mangalyaan)火星探测器从印度萨迪什亚万发射场成功发射升空。2014年9月24日上午10点30分左右成功进入火星轨道。

2014年9月22日10时25分,美国“火星大气与挥发演化”(MAVEN)探测器经过10个月的漫长航行,成功进入绕火星运行的轨道。

计划第一步有两颗探测器卫星,中方及俄方各发射一颗。

中方的萤火一号原预计于2009年搭载俄罗斯的联盟号运载火箭发射。该年6月,宣布推迟到2011年发射。 [8]

萤火一号是中国火星探测计划中的第一颗火星探测器。火星在古代被称为“荧惑”,中国第一颗火星探测器取其谐音,命名为“萤火一号”。 上海卫星工程研究所从2007年6月中俄正式签署合作协议后,开始接到制作任务而和时间展开赛跑,原计划2009年10月探测器正式发射,研制时间只有两年多,这是中国自主研制的首个火星探测器的实体等大模型,它体重仅110公斤,本体长75厘米、宽75厘米、高60厘米,将携带照相机、磁强计等八件武器,肩负中国首次地外行星空间环境探测的重任。

火星探测项目是继载人航天工程、探月工程之后中国又一个重大空间探索项目,也是我国首次开展的地外行星空间环境探测活动。首个火星探测器“萤火一号”原定于2009年10月搭载俄罗斯运载火箭,与俄罗斯的“福布斯-土壤”火星探测器结伴奔向火星,但由于种种非技术原因推迟发射。陈昌亚表示,行程推迟后,由于火星每两年才靠近地球一次,“萤火一号”须等到2011年发射。他们目的是,做好这颗探测器的延寿工作,定期检测各个元件是否老化,确保两年后的成功发射。

陈昌亚透露,“萤火一号”探测器长、宽各约75厘米,高60厘米,两侧太阳帆板展开长近8米,质量约115公斤,设计寿命为2年。据了解,发射将采用一箭双星方式,即“萤火一号”和俄罗斯探测器“福布斯”一起搭乘运载火箭飞向火星,到达火星轨道后再分开。探测器上携带有等离子体探测包、光学成像仪、磁通门磁强计、掩星探测接收机等四类有效载荷。 虽然俄罗斯提供了很多帮助,但也因此带来了局限。“由于这次是俄方设计的轨道,这给我们探测器的研究增加了许多要求,我们必须面对“长火影”(长期火星阴影)。”陈昌亚告诉记者,国际上的火星探测器一般不走赤道这种轨道,但由于与俄罗斯探测器捆绑一起,这种探测器要到火卫1必须借助赤道轨道寻机着陆,而将“萤火一号”仍留在大椭圆赤道轨道上,从而将面临探测史以来最长的8.8小时“长火影”。

从2007年6月开始,“萤火一号”的研制花了两年时间,上海的科研团队共攻克了探测器的5项关键技术。陈昌亚说,由于“萤火一号”搭载的俄罗斯火箭还要把该国的探测器送往火星卫星,中国的探测器不得不进入赤道轨道,这就给上海科研人员提出了很大的挑战“萤火一号”将面临长达8小时48分钟火星阴影,也就是说,它会在这段时间内得不到来自太阳的能量,周围温度达到摄氏零下200度以下。中国科研人员为此研发了“休眠-唤醒”技术,多次试验表明,经过8小时48分钟休眠后,只要加电唤醒,它所有16台单机均能恢复正常工作。而另一个难题是,火星距离地球近则六七千万公里,远则4亿公里,与地面测控站的往返“对话”需44分钟。因此,大多数情况下,“萤火一号”必须“自己管自己”,“萤火一号”的外太空测控技术已经完全成熟。

2011年11月8日,“萤火1号”与俄罗斯的采样返回探测器一起发射升空,开始对火星的探测研究。11月9日,俄方宣布福布斯-土壤号火星探测器变轨失败。受此影响,中国航天科技集团公司载人航天工程办公室主任童旭东表示两年内不会再有新动作。

2009年10月,中国也将加入探测火星的队伍,向火星发射“萤火一号”。但真正实现“绕,落,回”三步计划,还有很长的路要走。

在航天界,火星有航天器的坟墓之称,火星探测初期有三分之二的探测器都以失败告终。

首先要解决运载火箭的难题,要让探测器脱离地球引力必须达到第二宇宙速度11.2公里/秒,这样才能确保探测器不奔向其他天体”,焦维新指出,而中国运载“嫦娥”的火箭的速度只有10.9公里/秒。(长征五号服役后这个问题可得到解决)

中俄联合火星探测副总设计师陈昌亚指出另一个难题,探测器的信号对地面指挥尤其重要,“一旦捕获探测器的信号,就像听到新生婴儿落地一样。”但在茫茫太空,信号十分微弱,“没有信号就无法判断探测器是否进入轨道,也无法对探测器飞行作出调整。”焦维新说,这需要建立深空探测网,但中国还没有建立起像美国那样覆盖全球的深空探测网。“仅靠我们自己的国土现有的探测网和少量的探测船是不够的。”

探月工程时中国已经建立了一定规模的深空探测网。

中国计划2020年发射一个整体金黄色的探测器抵达火星,试图发现火星表面的外星生命迹象。

第17届中国国际工业博览会首次亮相这款火星探测器,它是由中国航天科技集团公司研制的。该太空任务是发射一个探测器至火星轨道,之后发射一个较小的登陆器至火星表面。

上海航天技术研究院人造卫星专家牛升达解释称,该探测顺将完成两项任务,首次在火星轨道负责采集数据,其次勘测潜在的着陆地点。这就是为什么此次太空任务同时装配轨道飞行器和登陆器。

中国航天科技集团公司公布了这款火星探测器设计,它由两个主要部分构成下方六面体为轨道器,顶部锥形结构为着陆器。此次展示的探测器模型与实物比例是1:3。 [9]

2014年珠海航展上中国航天科技集团展出了火星探测环绕器。

2014年11月9号在第十届中国国际航空航天博览会上展示的火星探测系统火星巡视器原尺寸模型,即俗称的“火星车” 。

2016年1月11日,中国火星探测任务获批准立项 [1]

中国探月与航天工程中心2016年10月10日宣布,将邀请郎平、刘慈欣、谭盾、TFBOYS、姚明等11位社会文化艺术名人为中国火星探测工程宣传推广工作代言。这是中国重大科技工程首次启用形象大使。 [11]

在火星周围一共有五个虚线的圈圈,最内圈是有可移动的探测机器人的任务,只有三个,分别是Sojourner(Pathfinder)、Sprit和机遇号。

后两者于 2003 年发射,.到2009年为止还在火星上活跃着,真是个非常了不起的成就。向外的第二圈是成功降落火星表面的任务,算上Sojourner的基地(所以这个任务有两个点),历来一共也才只有六个而已。其中苏联占了两个,美国占了四个。美国的前两个任务是维京 1 号和维京2 号,是一组以寻找火星生命为目标的探测船,可惜因为科学家对收集来的数据有争议,最后得到的结论是「没有结论」。从此以后地球上的人们在好长一段时间内都失去了对火星的兴趣。重启的火星探测计划,打算从基础开始一步步的确认火星是否有支持地球类生物存在的可能,这部份以凤凰号任务寻找火星表面有没有水的存在起头,接下来则是有能力做更进一步完整分析的地表探测机器车Mars Science Laboratory,预计 2011 年底发射。

再向外一圈是抵达火星轨道的人造卫星,共有 11 架。最近的三个 -- 美国的Mars Odyssey和Mars Reconnaissance Orbitor及欧洲的Mars Express都仍在火星上空运作中,提供火星地理及气候长时间变化的追踪,以及地表探测机器车的数据接力工作 -- 有这些卫星的话,地面的探测机器车就不需要用大功率的天线将信号送回地球,只要把信号传给天上的卫星就可以了,如此一来可以节省电力进行更重要的任务。再 往外一圈是经过火星,但没有进入轨道的探测器。早年因为技术不发达,因此火星任务的设定是经过就算成功,近代则是在飞往其它太阳系星体的途中顺便经过一下 火星,除了和轨道上的卫星打声招呼外,也趁机检测一下设备是否运作正常。

最外面一圈,就是失败的任务了。相较于 21 次成功的任务(其中还有两个只是经过),失败的任务一共有 22 个之多(图上把 2003 年的 Beagle算成成功,实际上只有卫星 Mars Express是成功的,Beagle 降落船着陆失败),失败的比率过半。值得庆幸的是,自 2001 年之后的任务大多是非常成功的,或至少成功一半,让科学家对火星探测多少恢复了一点信心。

中国和俄罗斯合作的Phobos-Grunt/萤火一号, 2011 年发射。其中萤火一号是进入火星轨道的卫星,福布斯-土壤号火星探测器则大半旅程和萤火一号同行,但抵达后会分离,独自前往火星的卫星Phobos采集土壤样本,再带着样本飞回地球。但宣告失败。

2013 年发射的MAVEN,接替了Mars Reconnaissance Orbitor做地表探测机器人的数据接力。

欧盟的EXOMARS是一架和Mars Science Laboratory一样的大型地表探测机器人。EXOMARS任务要等到 2016 年。

截至目前为止所有的任务都是无人任务。从 1960 年到今天也快 50 年了,人类什么时候才能在红行星上散步呢?


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