人类火星探测的成与败

时间:20-06-28 栏目:天文科学 作者:wenkula 评论:0 点击: 148 次



火星探测器大家庭


火星探测器大家庭


世界各国火星探测汇总


世界各国火星探测汇总


苏美两国成功率


苏美两国成功率


9月22日刚刚进入火星轨道的美国宇航局MAVEN探测器


9月22日刚刚进入火星轨道的美国宇航局MAVEN探测器


美国与苏联


从统计分析图中可以看到,苏联到其1990年解体为止,一共向火星发射了17个探测器,但这些探测器几乎全部失败了,只有3个取得了成功或部分成功,分别是1971年5月28日发射的火星3号;1973年7月25日发射的火星5号,以及同年8月5日发射的火星6号。但即便是这3颗探测器也是命运坎坷,火星3号包括一个轨道器和一个着陆器,轨道器获得了大约8个月的运行探测数据,着陆器也安全着陆,但只工作了20秒时间;火星5号于1974年2月12日抵达火星,任务只持续了9天,获得60幅图像;火星6号于1974年3月12日抵达火星,其着陆器在火星大气中下降过程中发回了数据,但着陆后失去联系。


相比之下,美国的火星探测工作可谓“战绩辉煌”,顺风顺水。美国宇航局(NASA)一共向火星发射了21颗探测器,其中15颗几乎取得了完全的或超出计划的成功,成功率高达70%。几乎所有的火星探测历史第一都被美国收入囊中:1964年美国“水手4号”探测器首次成功飞越火星,发回第一批21张模糊的火星图像;1971年,美国“水手9号”探测器成为人类首颗火星人造卫星,并发现了奥林匹斯山,大峡谷等最为著名的火星地形,今天火星上最大的峡谷——“水手谷”便是以水手9号的名字命名的。


这份清单还远没有结束:1976年7月20日,美国“海盗一号”,首次传回火星地表图像;1997年7月4日,“火星探路者”号释放的“索杰纳”小车成为第一辆登陆的火星车;“火星奥德赛”飞船,2001年发射,迄今仍在火星工作,已经超过13年,成为迄今寿命最长的火星探测器,等等。


正在火星考察的第一辆火星车——索杰纳


正在火星考察的第一辆火星车——索杰纳


后起之秀


英国猎兔犬-2号着陆器搭载在欧洲火星快车飞船上抵达火星,但在降落火星地表后失踪。


英国猎兔犬-2号着陆器搭载在欧洲火星快车飞船上抵达火星,但在降落火星地表后失踪。


冷战结束之后,火星探测开始迎来新的参与者。最早参与进来的是继承了苏联几乎全部衣钵的俄罗斯。1996年俄罗斯宣布实施该国独立之后的首次火星探测计划“火星96”,但在发射时便发生爆炸而失败了;然后是日本,日本在1998年发射该国第一颗火星探测器“希望号”(Nozomi),尽管成功发射并进行了一系列在轨机动,但由于一个燃料阀门的故障,最终导致卫星推力不足,入轨计划以失败告终。


美苏之外火星探测的首个成功参与者出现在2003年。这一年,欧洲空间局(ESA)发射了火星快车轨道器(Mars Express),并搭载了英国研制的一台着陆器,名叫“猎兔犬2号”(Beagle-2)。英国为它取这个名字极具深意——“Beagle”也就是当年搭载达尔文进行全球考察的英国海军军舰贝格尔号的名字。


不过这个好名字并没有给英国带来好运,猎兔犬2号着陆器降落火星之后便失踪了。不过火星快车探测器本身成功进入了火星轨道,并且从2003年工作至今,已经过去了11年的时间。


其他国家最新的一次尝试发生在2011年。经过多次协商和计划推迟,中国决定将本国研制的第一颗火星探测器“萤火一号”搭载在俄罗斯将要发射的“福布斯-土壤号”探测器上,由俄罗斯发射,共同飞往火星实施探测。然而不幸的是,由于俄罗斯方面火箭故障,探测器联合体未能进入预定轨道,项目最终失败。


亚洲的崛起


火星探测充满挑战,因此正如上文中提及,其失败率相对较高。事实上,科学家们甚至还给这个现象取了一个专门的名字,叫做“火星魔咒”(Mars Curse)。在美国和苏联互相竞争的时代过后,亚洲国家开始逐渐参与火星探测俱乐部。到目前为止这主要是中国,日本和印度。


日本:“希望号”——设备故障


希望号在日本的正式编号为“行星-B”,由日本空间研究所和东京大学联合研制,于1998年7月4日发射升空。探测器本身质量258公斤,并另外加载了282公斤的推进剂。希望号作为日本的首次行星际探测尝试,其科学目标主要针对火星高层大气及其与太阳风相互作用方面的研究,并积累用于未来探测项目的技术经验。


按照原定计划,希望号探测器应于1999年10月抵达火星,然而由于阀门故障,它在1998年12月21日进行的地球弹弓借力轨道飞行中未能获得足够大的速度增量,而探测器本身也消耗了远比预计更多的燃料。地面工程师们紧急设计了一套挽救方案,让希望号再多进行两次地球飞掠借力,从而确保在2003年12月能够尝试进入火星轨道。然而雪上加霜的是,在2002年4月21日发生了一次强大的太阳耀斑事件破坏了希望号的计算机系统。这导致希望号使用的联氨推进剂燃料冻结,这直接导致地面控制中心无法纠正其偏离的轨道。2003年12月14日,希望号在距离火星仅1000公里的地方飞过,非常遗憾的失去了最后的挽救机会。


中国:“萤火一号”——火箭故障


搭载着中国萤火一号探测器的俄罗斯福布斯-土壤探测器。由于火箭故障,这两艘探测器未能进入轨道并最终在大气层中坠毁。


搭载着中国萤火一号探测器的俄罗斯福布斯-土壤探测器。由于火箭故障,这两艘探测器未能进入轨道并最终在大气层中坠毁。


萤火一号是中国研制的第一颗火星探测器。于2011年11月8日,从位于哈萨克斯坦境内的拜科努尔航天发射场,由一枚俄罗斯的“天顶”运载火箭发射升空。这颗探测器尺寸为0.75米*0.75米*0.6米,质量为115公斤。按照原先的计划,萤火一号在抵达火星之后将成为人造火星卫星,并开展为期约1年的探测工作。按照有关文献(吴季等。萤火一号火星探测计划的科学目标[J]。空间科学学报,2009,05:449-455.)的描述,探测器组合体在进入火星引力场范围后将分离开,萤火一号将尝试进入一个远火点80000公里,近火点800公里的大椭圆轨道,轨道倾角小于5度,周期72小时。


根据规划,萤火一号的主要科学目标包括:


1)探测火星空间磁场,电离层和粒子分布及其变化规律;


2)探测火星大气离子的逃逸率;


3)探测火星地形,地貌和沙尘暴;


4)探测火星重力场;


由于火箭故障,探测器组合体未能按计划脱离地球引力场并进入火星转移轨道,并最终遗憾的在2011年11月17日左右与地面失去联系。2012年1月15日,探测器组合体在太平洋上空坠入地球大气层焚毁。


印度:“火星轨道任务探测器”(MOM)——9月24日尝试入轨


即将于9月24日抵达火星的印度首颗火星探测器——MOM飞船


即将于9月24日抵达火星的印度首颗火星探测器——MOM飞船


又名“曼加里安”Mangalyaan,即印地语中“火星飞船”。这艘飞船是印度在成功实施该国首次月球探测计划之后立项并在较低的预算范围内,在极短的时间内设计,建造并发射的。经过10个多月的飞行,现在MOM飞船已经进入了火星引力场范围,整个印度,亚洲乃至全世界都对这一事件予以高度关注。


2014年9月24日,印度时间7:30前后,即北京时间当天10:00前后,印度MOM飞船将尝试进入火星轨道。


主要时间点(北京时间):


火星轨道切入(MOI)开始:10:00:02


火星遮挡开始:10:04:20


通讯中断:10:05:02


火星遮挡结束:10::19:31


火星轨道切入(MOI)结束:10:24:16


如果印度MOM飞船此番能够顺利进入火星轨道,那么印度就将成为继苏,美和欧洲之后第四个拥有火星探测器的国家(组织)。而加上刚刚抵达的MAVEN飞船,目前在火星已经有4颗轨道卫星(分别是美国的MAVEN,MRO,Mars Odyssey,以及欧洲的“火星快车”飞船)以及两辆火星车(美国的机遇号和好奇号)。


如印度的MOM飞船能够顺利入轨,那么届时火星轨道将变得更加热闹——来自3个国家(组织)的5艘飞船在轨道上运行,地面上还有两辆火星车。


本文用到的参考资料来源:


http://www.planetary.org/blogs/emily-lakdawalla/2014/09161033-mars-orbiter-mission-arrival-timeline.html


http://en.wikipedia.org/wiki/Mars_exploration


http://en.wikipedia.org/wiki/Yinghuo-1


http://en.wikipedia.org/wiki/Nozomi_(spacecraft)


吴季;朱光武;赵华;王赤;李磊;孙越强;郭伟;黄乘利;萤火一号火星探测计划的科学目标[J];空间科学学报;2009年05期


《行星地质学》 肖龙等 地质出版社 (2013年1月1日)



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