印度火星探測(cè)器起航

□ 冥王星

11月5日，印度用極軌衛(wèi)星運(yùn)載火箭-C25成功發(fā)射了本國(guó)研制的第一個(gè)火星探測(cè)器——“曼加里安”火星探測(cè)器，主要任務(wù)是研究火星表面、大氣和礦物特征；探尋火星上是否有甲烷以及生命跡象；拍攝火星照片；繪制火星表面地圖；研究火星環(huán)境。

發(fā)射：有驚無險(xiǎn)

“曼加里安”火星探測(cè)器原定于10月28日（其發(fā)射窗口為2013年10月21～11月19日）從印度南部安德拉邦的斯里哈里科塔發(fā)射場(chǎng)升空，但在10月22日，印度空間研究組織表示，由于海上跟蹤系統(tǒng)的定位問題（印度派了兩艘測(cè)控船到斐濟(jì)附近的太平洋海域跟蹤火箭，但其中一艘船只由于惡劣的天氣原因而沒有及時(shí)到達(dá)），決定推遲到11月5日發(fā)射。

11月5日的發(fā)射還算順利，但這次發(fā)射是印度“極軌衛(wèi)星運(yùn)載火箭”發(fā)射史上火箭飛行時(shí)間最長(zhǎng)的一次，一共飛行了44分鐘，而以往最長(zhǎng)只有18分鐘，這主要是在第三級(jí)火箭關(guān)機(jī)和第四級(jí)火箭點(diǎn)火之間有長(zhǎng)達(dá)25分鐘的滑行階段，以便把“曼加里安”精確送入近地點(diǎn)246.9千米、遠(yuǎn)地點(diǎn)2356千米的地球軌道。其原因是印度的“極軌衛(wèi)星運(yùn)載火箭”運(yùn)載能力較低，雖然由四級(jí)組成（第一級(jí)為固體火箭并捆綁6個(gè)固體助推器，第二級(jí)為液體火箭，第三級(jí)為高性能固體火箭，第四級(jí)為液體火箭），但其極軌運(yùn)載能力最大也只有1.8噸，近地軌道運(yùn)載能力僅為3噸多，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力不到1噸。這主要是由于該火箭直徑較小，不到3米，而且有兩級(jí)使用推力較小的固體火箭，兩級(jí)液體火箭也使用推力不大的常規(guī)推進(jìn)劑，印度目前還沒掌握推力較大的低溫液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。所以，發(fā)射成功只是印度火星探測(cè)邁出的一小步，要想成功探測(cè)火星，還要看它未來是否能經(jīng)受的住此后幾大難關(guān)的考驗(yàn)。

“曼加里安”剛一上天就已經(jīng)歷了一次有驚無險(xiǎn)的考驗(yàn)。它進(jìn)入地球同步軌道后分別于11月7日、8日、9日連續(xù)完成3次變軌，但在11日的操作中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)故障，缺乏足夠動(dòng)力，未能將探測(cè)器的遠(yuǎn)地點(diǎn)提升至距地10萬千米的所需高度，只達(dá)到7.83萬千米。不過，通過排除故障，“曼加里安”已于12日凌晨5時(shí)3分再次點(diǎn)火，這一過程持續(xù)5分鐘左右，使探測(cè)器的遠(yuǎn)地點(diǎn)高度提升到距地11.86萬千米，速度增量提高到每秒124.9米，達(dá)到計(jì)劃要求的高度和運(yùn)行速度，從而轉(zhuǎn)危為安。

印度空間研究組織公布的“曼加里安”火星探測(cè)器軌道，最外層的藍(lán)色線為最后一次變軌后的軌道，距地球超過10萬千米

“曼加里安”進(jìn)行熱真空試驗(yàn)

目標(biāo)：亞洲第一

據(jù)悉，“曼加里安”的研制只用了15個(gè)月的時(shí)間，耗資僅為45億盧比（約合7300萬美元），人們不禁要問：印度火星探測(cè)器技術(shù)真能“多、快、好、省”嗎？其實(shí)不然。

印度空間探測(cè)技術(shù)目前還處在初級(jí)階段，只是在2008年發(fā)射過一個(gè)名為“月船”1號(hào)的月球探測(cè)器，而且在該探測(cè)器上的11臺(tái)科學(xué)探測(cè)儀器中有6臺(tái)是國(guó)外提供的。另外，其設(shè)計(jì)壽命原定為2年，但實(shí)際只工作了10個(gè)月就因故障提前結(jié)束了使命。此次印度之所以在基礎(chǔ)薄弱、資金有限、時(shí)間很短的情況下發(fā)射火星探測(cè)器，主要是為了爭(zhēng)奪“亞洲第一”，因?yàn)橛《仍谌嗽煨l(wèi)星、載人航天、運(yùn)載火箭、月球探測(cè)等所有航天領(lǐng)域還沒拿過“亞洲第一”。雖然日本“希望”號(hào)和中國(guó)“螢火”一號(hào)火星探測(cè)器先后在1998年和2011年升空，但都因技術(shù)原因沒能成功探測(cè)火星，因此火星探測(cè)目前在亞洲還是一個(gè)空白。目前成功探測(cè)火星的國(guó)家只有蘇聯(lián)、美國(guó)和歐空局。

為了節(jié)省經(jīng)費(fèi)，并在短期內(nèi)研制出“曼加里安”，印度的火星探測(cè)器并不十分先進(jìn)，沒有什么特色。它的工程目標(biāo)是：驗(yàn)證火星探測(cè)器設(shè)計(jì)、規(guī)劃、管理和運(yùn)行所需的各項(xiàng)技術(shù)，比如火星探測(cè)器各階段的導(dǎo)航技術(shù)、火星探測(cè)器在出現(xiàn)意外情況時(shí)的自主運(yùn)行能力、用于軌道和姿態(tài)計(jì)算與分析的力學(xué)模型和算法、從地球軌道到日心軌道再到火星軌道所需的軌道機(jī)動(dòng)技術(shù)、使火星探測(cè)器滿足所有階段的功率、通信、熱控和有效載荷運(yùn)行的要求。它的科學(xué)目標(biāo)是：研究火星的氣候、地質(zhì)、起源和演變以及火星上可維持生命的元素，然而這些都是美歐火星探測(cè)器已完成過的任務(wù)。

測(cè)試中的“曼加里安”

整流罩內(nèi)的“曼加里安”

整流罩合罩

不過，在推進(jìn)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和通信系統(tǒng)等方面，印度的“曼加里安”比其“月船”1號(hào)更為先進(jìn)?！奥永锇病钡某叽缗c一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)冰箱差不多，重1340千克，其凈重為500千克，其他為燃料質(zhì)量。它采用雙組元推進(jìn)系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)推力為440牛。姿態(tài)控制采用4個(gè)反作用輪和8臺(tái)22牛推力器。其太陽電池翼由3塊太陽電池板組成，每塊尺寸為1.4米×1.8米，進(jìn)入火星軌道后功率為840瓦；此外，還裝有1個(gè)36安時(shí)的鋰離子電池組。“曼加里安”裝有高增益天線（直徑2.2米）、中增益天線、低增益天線各1副。

如果能進(jìn)入地-火轉(zhuǎn)移軌道，“曼加里安”將在深空中飛行大約10個(gè)月，于2014年9月24日進(jìn)入近火點(diǎn)372千米、遠(yuǎn)火點(diǎn)80000千米的橢圓形火星軌道。

這次，“曼加里安”攜帶的5臺(tái)的科學(xué)探測(cè)儀器都是本國(guó)自行研制的，總重量為15千克，分別是：測(cè)量火星大氣中的氫原子量（探查火星上層大氣逃逸過程，此前的火星任務(wù)顯示火星上曾經(jīng)存在水，印度將探測(cè)為什么火星會(huì)失去原有的水和二氧化碳）的萊曼-阿爾法光度計(jì)；用于探測(cè)火星甲烷的火星甲烷探測(cè)儀（甲烷可能隱藏著火星曾經(jīng)擁有或可能依然擁有生命的線索）；研究火星上層大氣中性成分的火星外大氣層成分探測(cè)器分析儀；拍攝火星表面的火星彩色相機(jī)；測(cè)繪火星表面成分和礦物特征的火星紅外光譜探測(cè)儀。

近日，美國(guó)“好奇”號(hào)未能探測(cè)到甲烷氣體的痕跡（甲烷是碳基生命的一個(gè)明顯的副產(chǎn)品），但是來自蓋爾隕坑的發(fā)現(xiàn)，這并不能排除甲烷會(huì)在火星其他地方存在的可能性，所以這就有可能為印度“曼加里安”提供創(chuàng)造亮點(diǎn)的機(jī)會(huì)。

此外，“曼加里安”還有機(jī)會(huì)見證一個(gè)十分稀有的天文現(xiàn)象——彗星與火星的相撞：2014年底，彗星2013 A1可能會(huì)撞入火星，可能會(huì)激起大量的塵埃云。

在印度新德里，人們觀看“曼加里安”火星探測(cè)器發(fā)射的實(shí)況轉(zhuǎn)播

發(fā)射成功后，印度空間研究組織主席拉達(dá)克里希南（前排中）手拿“曼加里安”火星探測(cè)器模型以示祝賀

前途：需邁多道坎

由于印度火箭推力較小，這就給“曼加里安”壓了很重的“擔(dān)子”。該火星探測(cè)器不能靠火箭推力直接進(jìn)入地火轉(zhuǎn)移軌道，因?yàn)槠渌俣冗_(dá)不到11.3千米/秒的第二宇宙速度，這需要靠探測(cè)器自身的發(fā)動(dòng)機(jī)在地球軌道運(yùn)行時(shí)多次點(diǎn)火加速才能逐漸達(dá)到第二宇宙速度。為此，“曼加里安”不僅要消耗許多攜帶的燃料，還要在地球軌道上運(yùn)行20～25天。另外，進(jìn)入地-火轉(zhuǎn)移軌道時(shí)對(duì)火星探測(cè)器的速度、位置、時(shí)機(jī)和方向都有很高的要求，否則會(huì)像錯(cuò)過高速公路的出口一樣無法在預(yù)定時(shí)間進(jìn)入地火轉(zhuǎn)移軌道，最終錯(cuò)過與火星交會(huì)的機(jī)會(huì)。

即使進(jìn)入地-火轉(zhuǎn)移軌道，“曼加里安”在飛往火星的旅途中也充滿風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)樾行请H飛行是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，從火星探測(cè)器上發(fā)出電波，經(jīng)過幾億千米的路程傳到地球時(shí)信號(hào)變得十分微弱，再加上宇宙空間存在著各種各樣的噪聲，所以很容易把傳輸信號(hào)淹沒掉。此前，蘇聯(lián)、美國(guó)和日本的部分火星探測(cè)器都曾由于中斷聯(lián)系而失落在太空。印度的深空測(cè)控通信技術(shù)水平不高，深空測(cè)控站天線直徑最大只有30多米（美國(guó)可達(dá)60～100米），所以其火星探測(cè)器不知是否能通過國(guó)際合作，借助歐洲等國(guó)外測(cè)控站邁過這道坎。

由于距離遠(yuǎn)，太陽的輻射強(qiáng)度大大減弱，所以對(duì)“曼加里安”的太陽電池翼也是個(gè)考驗(yàn)，沒有充足的電力供應(yīng)，也無法完成預(yù)定的火星探測(cè)任務(wù)。

在火星探測(cè)器飛往火星的途中，還要對(duì)探測(cè)器的姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)方向和速度進(jìn)行多次調(diào)整，即進(jìn)行軌道控制和修正，才能準(zhǔn)確地飛到火星，這些操作過程稱為制導(dǎo)。如果由地球飛向火星的探測(cè)器，出發(fā)速度的大小有1/10000的誤差（相當(dāng)于每秒1米的誤差），探測(cè)器飛到火星附近時(shí)就會(huì)有10萬千米的偏差，即“差之毫厘，謬之千里”。所以要通過制導(dǎo)，不斷修正航線才行。

探測(cè)器進(jìn)入火星軌道是最難的一關(guān)，不少火星探測(cè)器都?xì)в谶@一步。其主要難點(diǎn)是必須選擇適當(dāng)?shù)那腥敫叨取皠x車”。如果探測(cè)器過早“剎車”，則不能被火星的引力捕獲，過晚則有可能撞到火星表面?！皠x車”的強(qiáng)度和方向等也需精確控制，否則容易掠過火星。另外，由于從火星傳到地球信號(hào)的延時(shí)單向就約為20分鐘，所以不能采用遙控的方式，需提前注入指令。所以有人把進(jìn)入火星軌道的難度比喻成從巴黎打一個(gè)高爾夫球，要正好落到了日本東京的某個(gè)球洞里。

所以，印度首個(gè)火星探測(cè)器要想獲得圓滿成功不會(huì)是一帆風(fēng)順的，需經(jīng)歷“九九八十一難”。