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

　　其中我國的火星探測(cè)將通過一次發(fā)射實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸和巡視，對(duì)火星開展全球性、綜合性的環(huán)繞探測(cè)，并對(duì)局部地區(qū)開展巡視探測(cè)，這在世界火星探測(cè)史上是前所未有的。

　　探測(cè)火星方式共有五種

　　火星是太陽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研究程度最高的行星，人類用空間探測(cè)器對(duì)火星進(jìn)行探測(cè)的歷史幾乎貫穿整個(gè)人類航天史。探測(cè)火星對(duì)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第二個(gè)家園做準(zhǔn)備等，都具有重要的意義。

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

　　目前，人類在探月的歷程中，這些探測(cè)方式都采用過，但每次發(fā)射基本上只采用其中的一兩種探測(cè)方式。例如，我國嫦娥 1 號(hào)、嫦娥 2 號(hào)采用環(huán)繞探測(cè)方式;嫦娥 3 號(hào)、嫦娥 4 號(hào)采用著陸探測(cè)、巡視探測(cè)，即一次發(fā)射兩個(gè)探測(cè)器;即將發(fā)射的嫦娥 5 號(hào)采用采樣返回探測(cè)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(yàn)室里進(jìn)行精查。印度今年 7 月 22 日發(fā)射的月船 2 號(hào)探測(cè)器原計(jì)劃通過一次發(fā)射實(shí)現(xiàn)環(huán)繞、著陸和巡視三個(gè)目標(biāo)，但其著陸器與軌道器分離后在月面著陸的計(jì)劃卻在 9 月 7 日遭遇失敗，不過軌道器運(yùn)行仍能正常工作。

　　與月球探測(cè)相比，由于火星距地球的距離比月球距地球的距離遙遠(yuǎn)得多，探測(cè)火星的難度也比探測(cè)月球的難度大得多，因此，至今人類對(duì)火星的探測(cè)只采用過環(huán)繞探測(cè)、著陸探測(cè)、巡視探測(cè)方式，未來的目標(biāo)是對(duì)火星進(jìn)行采樣返回探測(cè)和載人登陸探測(cè)，但難度、投資和風(fēng)險(xiǎn)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(cè)的好處是可以“少花錢，多辦事”，但技術(shù)復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)很大，所以一般很少采用。目前，只有美國的海盜 1 號(hào)和海盜 2 號(hào)火星探測(cè)器成功實(shí)現(xiàn)了通過一次發(fā)射完成環(huán)繞探測(cè)和著陸探測(cè)。歐洲曾兩次進(jìn)行類似的火星探測(cè)活動(dòng)，但都只完成了環(huán)繞探測(cè)，而著陸探測(cè)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(hào)和 2 號(hào)，任務(wù)是搜尋火星生命存在的證據(jù)。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)行在軌觀測(cè)，著陸器進(jìn)入火星大氣并在火星表面著陸，但它們的著陸地點(diǎn)不同。

　　1976 年 6 月 19 日，海盜 1 號(hào)軌道器進(jìn)入環(huán)繞火星軌道;同年 7 月 20 日，海盜 1 號(hào)著陸器在火星表面著陸，成為世界上首個(gè)在火星上著陸的探測(cè)器。1976 年 8 月 7 日，海盜 2 號(hào)軌道器進(jìn)入環(huán)繞火星軌道;同年 9 月 3 日，海盜 2 號(hào)著陸器在火星表面著陸。它們?yōu)楹髞淼幕鹦翘綔y(cè)器在火星軟著陸奠定了基礎(chǔ)。

　　英國和歐洲航天局就沒有這么幸運(yùn)了。2003 年 6 月 2 日，歐洲“火星快車”探測(cè)器升空。它是由歐洲的“火星快車”軌道器和英國的獵兔犬 2 號(hào)著陸器兩部分組成。2003 年 12 月 19 日，著陸器與軌道器分道揚(yáng)鑣，其中歐洲軌道器于 2003 年 12 月 25 日進(jìn)入環(huán)火星軌道，然后開始探測(cè)工作，并超期服役至今。著陸器在與軌道器分離后就失去了聯(lián)系，一直沒有音訊，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，通過美國“火星勘測(cè)軌道器”拍攝的高分辨率圖像，在火星表面發(fā)現(xiàn)了 10 余年前失蹤的英國獵兔犬 2 號(hào)著陸器。圖像顯示，獵兔犬 2 號(hào)降落在預(yù)定著陸區(qū)，它的引導(dǎo)傘仍連著著陸器，主降落傘散落在附近，太陽能電池板沒有完全展開，所以導(dǎo)致其無法與地球取得聯(lián)系。

　　2016 年 3 月 14 日，歐洲的“火星生物學(xué)-2016”探測(cè)器升空。它由歐洲“微量氣體軌道器”和“夏帕雷利”進(jìn)入、降落和著陸演示器組成。其中軌道器主要用于探測(cè)火星大氣中的微量氣體;著陸器用于火星表面著陸試驗(yàn)。同年 10 月 16 日，著陸器與軌道器分離。此后，“微量氣體軌道器”經(jīng)過變軌進(jìn)入到預(yù)定的火星軌道，但原計(jì)劃于 2016 年 10 月 20 日在火星表面著陸的“夏帕雷利”在著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(jì)算失誤，提前將降落傘與防熱罩分離了，導(dǎo)致“夏帕雷利”硬著陸而撞毀。

　　簡(jiǎn)言之，采用“一舉多得”的方式探測(cè)火星比較少見，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(cè)器時(shí)計(jì)劃史無前例地通過一次發(fā)射完成火星環(huán)繞、著陸和巡視三項(xiàng)任務(wù)，起點(diǎn)很高，同時(shí)也具有很大的挑戰(zhàn)性。

　　著名航天專家葉培健院士在接受筆者采訪時(shí)表示：我們?nèi)粝雽?shí)現(xiàn)超越，必須要“彎道超車”，利用現(xiàn)有的技術(shù)實(shí)現(xiàn)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(dá)火星。我國火星探測(cè)無論在巡視器上，還是軌道器上都有很多不同的有效載荷，可實(shí)現(xiàn)各種科學(xué)目標(biāo)，這是很有意義的。我國很早就開展了相關(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(cè)“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(cè)新高潮即將來臨

　　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(cè)器，從而掀起火星探測(cè)的新高潮。

　　我國火星探測(cè)器由環(huán)繞器(也叫軌道器)、著陸器和巡視器(又叫火星車)組成。其工程目標(biāo)是突破火星制動(dòng)捕獲而進(jìn)入、下降和著陸，長(zhǎng)期自主管理，遠(yuǎn)距離測(cè)控通信，火星表面巡視等，實(shí)現(xiàn)對(duì)火星全球綜合性環(huán)繞探測(cè)和區(qū)域性巡視探測(cè)，獲取火星探測(cè)科學(xué)數(shù)據(jù)，使我國深空探測(cè)能力和水平進(jìn)入世界航天第一梯隊(duì)，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。其科學(xué)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)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(cè)。

　　美國將發(fā)射汽車大小的火星-2020 漫游車，它是目前在火星表面工作的好奇號(hào)火星車基礎(chǔ)上改進(jìn)的，火星車底盤大體不變，并仍采用“空中吊車”方式著陸。該火星車有四大特點(diǎn)：一是將收集最有希望的內(nèi)部巖石和土壤的樣本，然后放置在火星表面上，未來將發(fā)射探測(cè)器把樣本帶回地球;二是裝有 23 臺(tái)相機(jī)，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(yàn)儀，可以將占火星大氣 96% 的二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣;四是攜帶一架每天可工作 3 分鐘、飛行 1 公里的小型無人駕駛直升機(jī)，可前往漫游車難以到達(dá)的地區(qū)或生物敏感地區(qū)進(jìn)行區(qū)域勘探。

　　歐俄的火星生物學(xué)-2020 探測(cè)器由歐洲首輛火星車“羅莎琳德·富蘭克林”(發(fā)現(xiàn) DNA 結(jié)構(gòu)的科學(xué)家)和俄羅斯“哥薩克舞”火星表面平臺(tái)組成。歐洲火星車裝有 6 個(gè)輪子，每個(gè)火星日移動(dòng)大約 100 米，可適應(yīng)火星表面復(fù)雜的地形。它由太陽能電池板供電，通過加熱器和電池過夜。它的兩米長(zhǎng)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(tái)設(shè)計(jì)壽命為 1 年，用于研究火星的環(huán)境。不過，在今年早些時(shí)候的兩次主要測(cè)試中，歐洲火星車的降落傘都出了問題。

　　阿聯(lián)酋的首個(gè)火星探測(cè)器叫希望號(hào)，為緊湊型六棱柱結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)壽命為 2 年，發(fā)射質(zhì)量為 1.5 噸，用日本H-2A 運(yùn)載火箭送入太空，采用環(huán)繞探測(cè)火星方式研究火星大氣和環(huán)境。
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