火星“三兄弟”拉開(kāi)年度探火大戲

龐之浩

探測(cè)火星大氣的希望號(hào)

2020年了月20日，阿聯(lián)酋希望號(hào)火星探測(cè)器使用日本H-2A火箭發(fā)射升空。

希望號(hào)是阿聯(lián)酋首個(gè)火星探測(cè)器，也是阿拉伯國(guó)家首個(gè)深空探測(cè)器。它是由美國(guó)提供技術(shù)支持研制的。它如同一顆火星的氣象衛(wèi)星，將用于全面探測(cè)火星大氣，研究火星氣候變化、低空天氣變化和沙塵暴預(yù)報(bào)等。

希望號(hào)為箱式（近似立方體）結(jié)構(gòu)，尺寸與一輛家用轎車相似，設(shè)計(jì)壽命為2年。其發(fā)射質(zhì)量為1350千克，裝有2副太陽(yáng)電池翼、一個(gè)直徑1.85米的碟形高增益定向天線和3個(gè)低增益非定向天線;裝有4～6臺(tái)用于軌控的120牛推力器和8～12臺(tái)用于姿控的5牛推力器。

該火星探測(cè)器還配備了3臺(tái)探測(cè)火星大氣的科學(xué)儀器。有用于測(cè)量水冰、塵埃氣溶膠的屬性、臭氧含量的探索成像儀;有用于測(cè)量全球熱結(jié)構(gòu)以及水冰、火星大氣中的水蒸氣和塵埃豐度的火星紅外光譜儀;還有用于測(cè)量熱大氣層、氫氧圈的全球特點(diǎn)和可變性的火星紫外光譜儀。

希望號(hào)于2021年2月9日進(jìn)入為期近3個(gè)月的“捕獲軌道階段”，在近火點(diǎn)1000千米、遠(yuǎn)火點(diǎn)49380千米的火星大橢圓軌道（軌道周期為40小時(shí)）上檢驗(yàn)科學(xué)載荷并進(jìn)行初步觀測(cè)。在此軌道上，阿聯(lián)酋探索成像儀成功拍攝到火星圖像并回傳至地面。然后經(jīng)過(guò)約6周的測(cè)試和調(diào)整，進(jìn)入最終的目標(biāo)軌道，開(kāi)展全火星成像作業(yè)。

此后，希望號(hào)將拍攝火星全球大氣圖，在火星高軌道上同時(shí)觀測(cè)火星低層與上層大氣，獲取火星大部分表面在一天的大部分時(shí)間內(nèi)的影像，研究火星低層和上層大氣的相互作用關(guān)系，并搜尋現(xiàn)在和遠(yuǎn)古的火星氣候之間的聯(lián)系。它還將研究火星低層大氣的變化情況、上層大氣中氫和氧的逃逸情況等，以揭示原本火星表面可維持液態(tài)水存在的濃密大氣在幾十億年的時(shí)間內(nèi)變得稀薄的原因。地面控制中心與希望號(hào)每周通信兩次，每次6～8小時(shí)。阿聯(lián)酋將與全球200多所大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)免費(fèi)分享這些數(shù)據(jù)，這將為科學(xué)家構(gòu)建火星大氣全息模型提供第一手?jǐn)?shù)據(jù)。

天問(wèn)一號(hào)一舉三得

中國(guó)天問(wèn)一號(hào)火星探測(cè)器于2020年了月23日發(fā)射升空，2021年2月lO日到達(dá)火星軌道，之后天問(wèn)一號(hào)的著陸巡視器將于2021年5月～6月在火星表面進(jìn)行軟著陸，候選著陸點(diǎn)為烏托邦平原。

中國(guó)首次火星探測(cè)計(jì)劃通過(guò)一次發(fā)射實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸和巡視三項(xiàng)任務(wù)，這在人類火星探測(cè)史上是前所未有的，這個(gè)方式雖然效益高，但是起點(diǎn)高、挑戰(zhàn)大。若成功將推動(dòng)中國(guó)深空探測(cè)能力和水平實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，成為世界第3個(gè)在火星著陸、第2個(gè)在火星巡視的國(guó)家。

天問(wèn)一號(hào)火星探測(cè)器由環(huán)繞器、著陸巡視器（進(jìn)入艙和火星車）組成，總質(zhì)量約5噸（含燃料）。

環(huán)繞器重3.6噸（燃料重量占總重的大部分），設(shè)計(jì)壽命1個(gè)火星年（68了個(gè)地球日）。其主要任務(wù)是拍攝中國(guó)首張火星全圖;探測(cè)火星土壤類型分布和結(jié)構(gòu)，探測(cè)火星表面和地下水冰;探測(cè)火星地形地貌特征及其變化;調(diào)查和分析火星表面物質(zhì)成分;分析火星大氣電離層并探測(cè)行星際環(huán)境。同時(shí)為火星車提供中繼通信服務(wù)。

環(huán)繞器攜帶的了臺(tái)科學(xué)儀器，分別為：①用于獲取火星全球遙感影像圖的中分辨率相機(jī);②用于對(duì)著陸區(qū)和高科學(xué)價(jià)值區(qū)域成像的高分辨率相機(jī);③用于開(kāi)展火星表面次表層結(jié)構(gòu)、極地區(qū)冰層探測(cè)的次表層雷達(dá)④用于探測(cè)火星表面的礦物種類、含量和空間分布情況的礦物光譜分析儀;⑤用于探測(cè)火星空間磁場(chǎng)環(huán)境的磁強(qiáng)計(jì);⑥用于對(duì)太陽(yáng)風(fēng)以及火星空間離子和中性粒子的能量、通量和成分進(jìn)行測(cè)量的離子與中性粒子分析儀;⑦用于獲取火星空間環(huán)境中能量粒子的能譜通量和元素成分?jǐn)?shù)據(jù)的能量粒子分析儀。

火星車重約240千克，用于在著陸區(qū)開(kāi)展巡視探測(cè)，設(shè)計(jì)工作壽命為3個(gè)火星月（92個(gè)地球日）。其主要科學(xué)任務(wù)是探測(cè)火星巡視區(qū)表面元素、礦物和巖石類型，探測(cè)火星巡視區(qū)土壤結(jié)構(gòu)并探查水冰，探測(cè)火星巡視區(qū)大氣物理特征與表面環(huán)境，以及探測(cè)火星巡視區(qū)形貌和地質(zhì)構(gòu)造。

為此，火星車攜帶了6臺(tái)科學(xué)儀器，分別為用于為火星車提供導(dǎo)航和定位依據(jù)、獲取著陸區(qū)及巡視區(qū)高分辨率三維圖像的導(dǎo)航/地形相機(jī);用于探測(cè)火星表面物質(zhì)類型分布，獲取巡視區(qū)可見(jiàn)、近紅外波段的圖像的多光譜相機(jī);用于探測(cè)巡視區(qū)次表層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的次表層雷達(dá);用于獲取紫外至近紅外譜段的高分辨率的光譜特征信息的表面成分探測(cè)儀;用于探測(cè)巡視區(qū)局部磁場(chǎng)的表面磁場(chǎng)探測(cè)儀：用于探測(cè)巡視區(qū)環(huán)境氣溫等氣象環(huán)境的氣象測(cè)量?jī)x。

致力于尋找生命的毅力號(hào)

美國(guó)火星探測(cè)器于2020年了月30日發(fā)射，它由巡航級(jí)、進(jìn)入下降著陸系統(tǒng)和毅力號(hào)火星車三大部分組成，最后只有毅力號(hào)火星車降落在火星表面工作。

毅力號(hào)火星車已于北京時(shí)間2021年2月19日早上在直徑約45千米的火星杰澤羅隕坑口成功著陸，至少工作1個(gè)火星年。

毅力號(hào)火星車是在好奇號(hào)火星車的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的。其底盤(pán)大體不變，與1輛普通汽車大小相近，質(zhì)量1025千克，比好奇號(hào)質(zhì)量大126千克，并仍采用先進(jìn)的“空中吊車”方式著陸和核電源技術(shù)，因而能精確著陸且不懼怕沙塵暴。

整個(gè)系統(tǒng)還采用了多項(xiàng)新技術(shù)，例如用地形相對(duì)導(dǎo)航裝置可使火星車在進(jìn)入火星大氣層后著陸階段避開(kāi)危險(xiǎn)的地形;用距離觸發(fā)器提高打開(kāi)降落傘的時(shí)間精度;機(jī)械臂有較大改進(jìn)，“手”更大，并裝有采集鉆頭、儀器和相機(jī)等等。

毅力號(hào)主要通過(guò)研究地形尋找古代生命存在過(guò)的印記。它攜帶了了臺(tái)新的科學(xué)儀器：×射線巖石化學(xué)行星儀可提供比以往更詳細(xì)的化學(xué)元素檢測(cè)和分析能力，繪制火星表面材料的精細(xì)元素組成圖;火星環(huán)境動(dòng)力分析儀能測(cè)量塵埃大小和形狀、風(fēng)速和風(fēng)向、溫度和濕度以及壓力;火星次表層雷達(dá)成像實(shí)驗(yàn)儀用于繪制地下深達(dá)10米的巖石、水、冰空間分布圖，提供厘米級(jí)分辨率的地下地質(zhì)結(jié)構(gòu);拉曼冷光光譜儀能對(duì)火星表面顯微精細(xì)成像：超級(jí)相機(jī)用于遠(yuǎn)距離成像以及礦物學(xué)機(jī)理和化學(xué)成分分析;桅桿相機(jī)具有全景和立體成像功能，可用于鑒定火星表面的礦物學(xué)機(jī)理和協(xié)助火星車工作;火星氧元素原位資源利用實(shí)驗(yàn)儀用于驗(yàn)證火星大氣中二氧化碳轉(zhuǎn)變成氧氣的技術(shù)。

簡(jiǎn)言之，毅力號(hào)火星車有四大“絕活”：

一是將收集30塊最有希望的內(nèi)部巖石和土壤（風(fēng)化層）的樣本，然后放置在火星表面，待未來(lái)發(fā)射探測(cè)器把樣本帶回地球。

二是裝有23臺(tái)可實(shí)現(xiàn)一系列復(fù)雜功能的相機(jī)（好奇號(hào)有17臺(tái)相機(jī)），這對(duì)探測(cè)火星地質(zhì)特征和潛在樣本非常有利。

三是攜帶了可將二氧化碳（占火星大氣約96%）轉(zhuǎn)化為氧氣和一氧化碳的火星氧元素原位資源利用實(shí)驗(yàn)儀，這對(duì)于未來(lái)載人火星探索至關(guān)重要。

四是攜帶了一架小型無(wú)人直升機(jī)“機(jī)智號(hào)”用于技術(shù)試驗(yàn)，這是人類有史以來(lái)派往外星球的第一架直升機(jī)。該直升機(jī)每次可以飛90秒，最大飛行高度5米，如果成功，它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。

探索浩瀚的宇宙是全人類的共同夢(mèng)想。地球是我們唯一的家園，人類是一個(gè)整體。抵達(dá)火星上的“三兄弟”各自肩負(fù)著不同的任務(wù)使命，為了全人類的未來(lái)而團(tuán)結(jié)一致，不懈努力著。未來(lái)，火星將傳來(lái)什么樣的消息？讓我們拭目以待！