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火星探索:昨天、今天与明天

来源:南方都市报     2015年10月21日 10:49        版次:GB03    作者:综合

    “奥德赛”。

    Mars OrbiterMission(MOM)

    “火星快车”。

    “火星快车”。

    火星是人类尝试探索的第一颗行星。整个太阳系除月球之外,人类展开最多任务的星球就是火星。从飞掠星球拍照、到进入火星轨道再到登陆器着陆,火星探索经历了漫长的历程,但是,对试图拜访自己的人类,火星一直不友好,差不多一半的行动都失败了。

    然而,这些失败使人们积累了大量宝贵经验,驱动着其后一次次更有雄心壮志的创举。1996年,数个轨道飞行器和4个登陆探测器联合收集的数据,让人们了解到火星是跟地球最类似的星球,仅这一点就燃起了无限好奇。

    当然,探索火星甚至登陆火星的前提是我们必须对“红色星球”有充分了解,否则载人探险等于自杀。因此,我们在这里为读者呈现火星探索的昨天、今天与明天,让大家更多地了解这一神秘星球。

    历史上的火星任务

    01

    Korabl4、Korabl5:失败的飞掠尝试。前苏联宇航局

    发射时间:1960年10月10日和1960年10月14日

    这是前苏联星际探索的初次尝试,K orabl 4和K orabl 5是孪生飞行器,但两个火箭都在第三阶段点火时发生故障,都无法靠近近地轨道。

    02

    Korabl 11、Korabl13:失败的飞掠尝试。前苏联宇航局

    发射时间:1962年10月24日和1962年11月4日

    Korabl 11和K orabl 13是前苏联设计的两个孪生飞行器,K orabl 11在靠近近地轨道时解体,碎片坠毁到地球甚至引发美国在阿拉斯加弹道导弹防御体系的警报。

    03

    火星1号:失败的飞掠尝试。前苏联宇航局

    发射时间:1962年11月1日

    “火星1号”成功发射并在星际旅行了一段时间,曾传回星际数据。但在1963年3月21日失去联系,当时飞行器距离地球已经有1.07亿公里。

    04

    水手3号:失败的飞掠尝试。NASA

    发射时间:1964年11月5日

    在飞行器靠近轨道时,保护搭载仪器免受大气摩擦的金属壳未能按照预定计划脱落,额外重量让飞行器无法进入预定抛物线,最终难以靠近火星而是做绕日飞行。

    05

    水手4号:成功飞掠火星。NASA

    发射时间:1964年11月28日

    飞过火星时间:1965年7月14日

    “水手4号”是第一个成功飞掠火星的人造飞行器,第一次给“红色星球”拍摄近照。它飞掠时离火星的距离是9844公里,第一批数据传回地球需要4天。“水手4号”拍摄到一个巨大的古老撞击坑,首次证实火星大气层远比地球稀薄。到1965年10月,受限于当时的天线技术,无法再与地球联系。奇迹的是,在1967年年底,科学家再次恢复与“水手4号”的联系并再次接收数据直到12月20日。

    06

    水手6号、水手7号:成功飞掠火星。NASA

    发射时间:1969年2月24日和1969年3月27日

    飞过火星时间:1969年7月31日和1969年8月5日

    “水手6号”和7号是完全一样的飞行器,目标是飞掠火星并拍照。两个孪生飞行器的探索帮助人类首次了解火星密度、半径和形状,初次看到南极冰盖。现在这两个飞行器都在做绕日飞行。

    07

    K osm os419:失败的轨道飞行器。前苏联宇航局

    发射时间:1971年5月10日

    K osm os419已接近近地轨道,但火箭第四阶段点火失败,飞行器再次返回地球大气层并被摧毁。

    08

    水手8号:失败的飞掠探测器。NASA

    发射时间:1971年5月8日

    “水手8号”和“水手9号”是同时设计制造的飞行器,8号是飞掠火星的探测器,9号是轨道飞行器。不过8号未能脱离近地轨道。

    09

    Mars1969B、Mars1969A:失败轨道飞行器。前苏联宇航局

    发射时间:1969年4月2日和1969年3月27日

    1969B在火箭起飞后第一阶段点火失败,1969A在点火的第三阶段失败后爆炸。

    10

    水手9号:成功的轨道飞行器。NASA

    发射时间:1971年5月30日

    进入轨道时间:1971年11月14日

    “水手9号”是第一个环绕地外行星的飞行器,仅小幅度领先苏联的“火星2号”及“火星3号”,它们都在一个月内抵达预定目的地。“水手9号”绘制超过70%火星地表,以当时最低高度(1500公里)及最高分辨率。红外线仪侦测到热源作为火山活动的证据。“水手9号”最终全面超越它的设计目标。

    11

    火星2号、火星3号:轨道飞行器成功,登陆失败。前苏联宇航局

    发射时间:1971年5月19日和1971年5月28日

    进入轨道时间:1971年11月27日和1971年12月2日

    “火星2号”和“3号”完全一样,先后发射,2号进入轨道,但登陆器与飞行器无法按预期分离,3号的登陆器在尝试着陆的时候遇到强大的沙尘暴,结果可想而知。两个飞行器在短暂环绕轨道飞行期间一共传回来60张图片,记录了火星表面从零下110摄氏度到13摄氏度的温度记录。

    12

    火星4、5、6、7计划:全部失败。前苏联宇航局

    前苏联宇航局希望在1973年早于“维京人1号”实现登陆火星。但出于仓促四个飞行器的电脑芯片都有严重问题。火星4号在发射时点火失败;火星5号进入轨道但环绕22周后就不再工作;火星6号成功进入轨道但登陆器在分离后失控坠毁在火星;火星7号与火箭脱离过早(距离火星轨道1500公里),无法进入轨道。

    13

    维京人一号:成功的轨道飞行器和登陆器。NASA

    发射时间:1975年8月20日

    进入轨道:1976年6月19日

    登陆时间:1976年7月20日

    轨道飞行器进入轨道后马上开始为火星拍照,为登陆器“维京人1号”寻找合适的登陆点。地面控制人员原本希望在7月4日登陆,但预设地点太多岩石,7月20日择地登陆成功,这是人造飞行器首次登陆火星,也恰是人类登月7周年纪念日。“维京人1号”首次对火星进行气候研究,并对土壤样本做了化学分析实现,它一直存活在火星上直到1982年11月13日电池耗尽。

    14

    维京人2号:成功的轨道飞行器。NASA

    发射时间:1975年9月9日

    进入轨道时间:1979年8月7日

    登陆火星时间:1976年9月3日

    “维京人2号”在预定的乌托邦平原着陆,与之前的“维京人1号”的着陆点相距1500公里。着陆时它的一个脚轻微受损,导致整体略微倾斜,却不影响拍照,还能用小勺挖掘土壤样本。1980年4月11日因为电池耗尽,“维京人2号”停止工作,携带它的轨道飞行器在环绕火星706圈、发回超过15000张图片后也停止工作,今天“维京人火星任务”的照片依旧在火星相册中频繁出现。

    15

    火卫二号:失败的轨道飞行器和登陆器。前苏联宇航局

    发射时间:1988年7月12日

    进入轨道时间:19 8 9年1月29日

    “火卫二号”的设计目标是进入火星轨道飞行,然后弹射一个小型登陆器到主要卫星“火卫一”上。飞行器成功进入轨道并开始发回数据,但是1989年3月27日,在距离卫星很近准备发射登陆器时,其电脑系统突然瘫痪,从此失去联系。

    16

    火卫一号:失败的轨道飞行器。前苏联宇航局

    发射时间:1988年7月7日

    “火卫一号”的设计目标是在飞行过程中研究太阳和星际空间,一旦进入火星轨道就拍摄火星及两个主要卫星的图片。但在飞行两个月后的1988年9月2日,地面控制人员错误上传一个电脑指令,解除了飞行器的动力推进系统,飞行器马上改变太阳能板的方向,不再充电,任务失败。

    17

    火星观察者:失败的轨道飞行器。NASA

    发射时间:1992年9月25日

    失去联系:1993年8月21日

    在靠近火星轨道只有3天飞行时间时,“观察者号”跟地球突然失去联系,至今科学家们还不能确定失败原因。

    18

    火星全球勘探者:首个完全成功的轨道飞行器。NASA

    发射时间:1996年9月12日

    进入火星轨道:19 9 7年9月12日

    失去联系:2006年11月5日

    自1980年“维京人1号”被关闭后,火星“全球勘探者”是首个完全成功的轨道飞行器,从1999年3月开始科学运作之后,“全球勘探者”给科学家们提供丰富图片和信息,包括当时最靠近火星、分辨率最高的图片。“全球勘探者”的工作时间被三次延长,成为当时服役时间最长的火星探测器。

    19

    火星探路者和旅居者:成功的登陆器。NASA

    发射时间:1996年12月4日

    登陆时间:1997年7月4日

    火星“探路者号”在气囊的帮助下成功登陆火星,成为20多年来继“维京人”任务之后首个成功登陆火星的探测器。更令人兴奋的是,在“探路者号”成功降落火星表面后的第二天,它携带的小型火星车“旅居者”爬了出来,给地球传回大量图片以及气候数据。直到1997年9月27日“旅居者”和“探路者号”还在工作,之后失去联系,可能是能量耗尽了。

    20

    火星9 6:失败的轨道飞行器、登陆车、钻探臂。俄联邦宇航局

    发射时间:1996年11月16日

    搭载航天器的火箭发射成功,但第四阶段点火失败,导致飞行器坠落在大洋中。科学家们打捞出部分仪器,这些仪器后来被安装在欧洲宇航局合作的“火星快车”上,现仍在“火星快车”轨道飞行器上服役。

    21

    气象轨道飞行器:失败的飞行器。NASA

    发射时间:1998年12月11日

    气象轨道飞行器被设计来搜寻火星过去气候变迁的证据。1999年9月23日,当飞船非常靠近火星时,因为数学计算错误它进入了离行星过近的地方,大气层迅速将其撕成了碎片。

    22

    N ozom i:失败的轨道飞行器。日本宇宙科学研究所

    发射时间:1998年7月3日

    靠近火星:2003年12月14日

    N ozom i是日本宇宙科学研究所研发的火星探测器,设计目的是拍摄火星表面图像,研究大气和太阳风的相互作用。但在1999年10月靠近火星时,N ozom i不能获得足够速度,因速度降低、抛物线改变无法进入火星轨道。

    23

    极地登陆车:登陆失败。NASA

    发射时间:1999年1月3日

    尝试登陆:1999年12月3日

    “极地登陆车”是一个重290公斤的机器人,任务是降落在火星南极收集气候和土壤信息。但是在靠近火星大气层、做着陆准备时,它将天线转向背对地球的一面,此后与地面控制中心失去联系。评估委员会对失败原因进行调查,认为是软件系统出错导致制动火箭提前关闭,登陆器因此坠毁。其登陆器上携带了“星际协会”赞助研发的两个火星麦克风,这是第一次由私人机构研制并发射的星际硬件,但遗憾它们也一同坠毁了。

    24

    勇气号:火星漫游车。NASA

    发射时间:2003年6月10日

    登陆时间,2004年1月3日

    失去联系:2010年3月22日

    “勇气号”按照设定计划在古谢夫撞击坑成功登陆,第一次看到举目皆是岩石的情景,与“探路者号”初次看到的非常类似,“勇气号”的预定工作时间是90天,实际上大大超出预定,因为期间天气状况良好,冬季日照比想象多,沙尘暴和尘卷风也不像预想那么严重,关键是“勇气号”的自动除尘装置非常有效。在“勇气号”找到火星上曾经存在水的证据后不久,它的一个轮子被卡住了,之后几年还能艰难移动。2010年冬它无法移动到有利地形接受日照,最终耗尽能量。尽管工作人员尝试过无数次希望重新唤醒“勇气号”,官方仍在2011年5月24日正式宣布任务结束。

    25

    凤凰号:登陆探测器。NASA

    发射时间:2007年8月4日

    登陆时间:2008年5月25日

    最后一次联系时间:2008年11月2日

    “凤凰号”火星探测器经过逾5亿公里的跋涉,成功在火星北极着陆。任务是对之前尚未探测过的北极展开勘测。“凤凰号”能研究冰是否融化过,也能寻找北极永冻土中有机化合物的踪迹。2008年11月,由于云层遮住太阳失联。2010年5月12日,N A SA试图通过“奥德赛”再次与“凤凰号”取得联系,未果,只能宣布探测器“死亡”。“凤凰号”完成了所有预期的科学实验和观测。

    26

    火卫一土壤:样本取回失败。俄联邦宇航局

    发射时间:2012年1月15日

    “火卫一土壤”计划的探测对象是火星两大卫星“火卫一”和“火卫二”,这是首次针对火星卫星的探测任务。任务包括发射一个轨道飞行器观测火卫一、发射一个小登陆器采集火卫一土壤样本,最后往地球返回发射一个微型“飞行分子”、携带100立方厘米的土壤样本返回地球实验室。不过由于在发射后飞行器未能点火,坠落在南太平洋。

    27

    萤火一号:失败的轨道飞行器。中国航天局

    发射时间:2012年1月15日

    “萤火一号”是中国火星探测任务的第一个飞行器,计划是环绕火星卫星采集信息,但发射时因搭载俄罗斯的“火卫一土壤”样本取回飞行器而失败。

    正在进行的项目

    ●奥德赛:轨道飞行器。NASA

    发射时间:2001年4月7日

    进入火星轨道:2001年10月24日

    “奥德赛”已服役超过10年时间,超过最初设计的3倍,是N A SA历史上服役时间最长的轨道飞行器。它对火星表面进行日夜不间断拍照,并且以有史以来的最高精度,对星球表面的热红外波进行记录和观察。“奥德赛”侦察到在极地附近地表下有广大冰层,也发现火星表面的大量橄榄石,暗示过去相当长时间这里极为干燥。“奥德赛”也监测着火星表面的辐射程度,还为两个火星漫游车———“好奇号”和“机遇号”提供中继通讯支持。

    ●火星快车和小猎犬2号:轨道飞行器和失败的登陆器。欧洲宇航局

    发射时间:2003年6月2日

    进入火星轨道:2003年12月26日

    这是欧洲宇航局的首个火星探测任务。在准备着陆前5天“火星快车”释放登陆器,遗憾的是尽管整个飞行旅途没出任何问题,30公斤重的“小猎犬2号”却在脱离飞行器的瞬间失去音信……不过“火星快车”顺利环绕火星轨道并发回美丽的3D照片,它也侦察到浓度超常的甲烷,暗示近期曾有火山活动。

    ●机遇号:陆地漫游车。NASA

    发射时间:2003年7月7日

    着陆时间:2004年1月24日

    “机遇号”是正在火星地表漫游的太阳能动力火星车,在登陆的第一天它就发现了赤铁矿,暗示星球上曾经有水。它可以拍照、采集岩石样本并自动分析成分。在超过10年的漫

    游中“机遇号”曾遇到不少麻烦,2005年轮子被沙丘卡住,2007年历时数月的沙尘暴遮蔽太阳使其电量过低进入休眠,2008年轮子又被鹅卵石卡住。但每一次“机遇号”都努力突围,探测了一个又一个撞击坑,现在它已走了超过35公里,创造了地球外无人探测车的移动距离新纪录。

    ●火星勘测轨道飞行器:轨道飞行器。NASA

    发射时间:2005年8月12日

    进入火星轨道:2006年3月10日

    “火星勘测轨道飞行器”上装载的是所有火星任务中最先进的照相机和光谱仪,主要任务是证明火星历史上是否曾经有水?这个轨道飞行器用前所未有的分辨率对火星进行拍照,为未来的火星地表任务寻找适合的登陆点,也为现在和未来的火星任务提供高速的中继通讯功能。“火星勘测轨道飞行器”也对火星的天气状况进行实时监测。

    ●好奇号:陆地漫游车。NASA

    发射时间:2011年11月26日

    登陆火星时间:2012年8月6日

    “好奇号”在盖尔撞击坑着陆的时候,距离预设着陆点只有2 .4公里差距。它是在“勇气号”和“机遇号”的基础上开发的新一代核动力陆地漫游车,作为第四个成功登陆的火星车,主要任务是研究撞击坑内的环境是否能支持生命,是否有水,是否具备人类登陆探索的可能性。两年工作后它来到撞击坑底部,之后慢慢向另一面爬行。

    ●MAVEN:轨道飞行器。NASA

    发射时间:2013年11月19日

    进入火星轨道:20 14年9月22日

    MAVEN是“火星大气与挥发物演化任务”的简称,探测器经过10个月的飞行进入火星轨道,使命是调查火星大气失踪之谜,并寻找早期水源及二氧化碳消失的原因。MAVEN已经回答了关于火星气候和居住条件的关键问题,尤其帮助科学家了解了火星外大气层和电离层的情况。

    ●MarsO rbiter Mission:火星轨道飞行器。印度宇航局

    发射时间:2013年11月5日

    进入火星轨道:2014年9月24日

    MOM是印度的第一个星际飞行器,携带5个共重15公斤的科学仪器,它进入火星轨道的时间仅比M A V E N晚两天,运行轨道非常椭圆,最靠近火星的一点只有387公里,最远离的一点有8万公里。该项目大部分技术和部件是印度本土研发,耗资约4700万美元,仅是MAVEN的十分之一,是至今最省钱的火星探测项目。

    未来的火星任务

    ●E xoMars:轨道飞行器、登陆器、漫游车,欧洲宇航局

    计划发射时间:2016年到2018年

    由欧洲宇航局与俄联邦宇航局合作,目标是探测火星过去和现在是否有生命标记。ExoMars由数个轨道飞行器和陆地漫游车构成,有两次发射任务,其中2016年发射的“微量气体轨道飞行器”将绘制火星上甲烷的分布地图,为2018年发射的漫游车寻找合适登陆点。2018年发射的漫游车是设计重量276公斤的小型“越野车”。

    ●洞察号:未来漫游车,NASA

    计划发射时间:在2016年3月8日到2016年3月27日之间

    计划登陆时间:2016年9月

    “洞察号”的目标是将装载有地震仪及热流侦测器的固定式登陆载具发射到火星表面,准确研究火星地壳、地幔和地核,分析早期的地质演变对现在地质构造的成因。

    ●Mars 2020:漫游车,NASA

    计划发射时间:2020年7月

    计划登陆时间:2021年3月

    它的设计基本上是根据“好奇号”的原型,但是搭载的科学仪器将完全不同,备选仪器已经有超过60个,最终选择要根据任务优先性以及仪器的重量来考量。“2020”的设计登陆点是Jezero撞击坑,任务目标是通过研究火星地表地质分析历史上是否有生物标记,现在是否有生命存在,并评价人类登陆火星时的各类风险。

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