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火星探测的现状
央视国际 2003年12月30日 20:46
1992年9月25日，美国发射了“火星观测者”轨道器，揭开了新一轮火星探测的序幕。然而该探测器在预计入轨的前三天与地面联系中断。此后美国先后发射了“火星全球勘探者”、“火星探路者”、“火星气候轨道器”、“火星极地着陆器”和“火星奥德赛”。但只有“火星全球勘探者”、“火星探路者”和“火星奥德赛”获得了成功。其中“火星气候轨道器”于1998年12月11日发射，1999年9月23日到达火星，由于一个导航错误使它进入了火星大气层，被加热烧毁。“火星极地着陆器”于1999年1月3日发射，12月3日到达火星轨道，但飞行器在进入火星大气之前就和地面失去了联系，至今下落不明。俄罗斯在1996年发射了“火星96”探测器，但在发射4小时后坠入太平洋。日本于1998年发射了“希望”号火星轨道器，然而没能进入火星轨道，现在正围绕太阳运行。
1996年11月7日，美国发射了“火星全球勘测者”轨道器，1997年12月12日进入火星轨道。发射质量1030.5 kg,在轨干质量629 kg，运行在378km的太阳同步轨道，并首次利用太阳帆板提供阻力进行了气动刹车。“火星全球勘测者”的任务是利用高分辨率成像系统绘制火星表面图，研究火星地形和重力场，测定火星表面和火星大气中的水和灰尘，研究火星的天气和气候、火星表面和火星大气的组成、火星磁场的存在和发展，也为后续的探测器提供中继服务。所携带的仪器包括，分辨率为1m的火星轨道摄像机：用于绘制火星表面图，热散射光谱仪：用于测量火星上目标散发能量的红外线谱，从而可以研究岩石、土壤、大气尘埃、云和冰的组成，火星轨道激光测高仪：组合其测量信息可以得到火星表面地形图；无线电科学仪器：通过对无线电信号的多谱勒变化来确定火星的重力场； 磁强计：用于监测火星的磁场，并确定磁场的强度和方向。“火星全球勘探者”传回的数据显示火星两极存在大量的冰，甚至可能有液态的水，这预示着生命存在的可能性。
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图2 “火星探路者”着陆器 |
1996年12月4日，美国发射了“火星探路者”着陆器（见图2），1997年7月4日到达火星。着陆器质量为264kg, 并携带一个质量为10.5kg的“旅居者”漫游车。
“火星探路者”的主要任务是研究低价火星表面探测的可行性，并检验火星漫游车和着陆器间的通讯、着陆器和地球间的通讯、成像设备和敏感器的性能，研究进入火星大气的技术、绘制长期的与详细的火星表面图，为进一步勘探火星提供环境特征，还包括对岩石和土壤进行分析等任务。
这是第一个使用“半软着陆”技术的火星探测器，它借助于降落伞、减速火箭和气囊直接进入了火星大气层,在降落途中进行大气测量。火星探路者以18m/s的速度撞击了火星表面,在撞击后跳跃了15次而且滚动2.5分钟，最后稳定在离初始撞击点约1km的位置。着陆器被包在三个三角形的太阳帆板内，着陆完成后帆板打开。“旅居者”漫游车有六个轮，由地面操作系统根据漫游车和着陆器获得的图像来控制漫游车，控制时间迟后约10分钟。漫游车的运动范围距着陆器10m左右，设计寿命是7个火星日，实际工作了两个多月，并发回了16550张彩照、15份火星土壤和岩石化学成分分析结果及大量的气候、风力、风向等测量数据，当年9月27日与地面通讯联系中断。
日本于1998年7月3日发射了“希望”号火星轨道器,发射质量540kg,在轨干质量258kg。发射后进入340 x 400,000 km的椭圆地球轨道。原计划于1999年10月11日进入火星轨道，由于推力器问题，使它错过了到达火星的时间，现在只剩下少量燃料。该飞行器正在椭圆轨道上绕太阳飞行，等待下次同火星相遇。它将在2003年12月再次与火星相遇并入轨。
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图3 “火星奥德赛”轨道器 |
2001年4月7日，美国发射了“火星奥德赛”轨道器（见图3），当年10月23日晚成功进入火星轨道，并于10月30日传回了第一幅图像。轨道器主体是2.2mx1.7mx2.6m的箱型结构。轨道器分成两个舱,上级为设备舱,下级是推进舱。一个可展开的6米长的梁支承伽马射线分光仪的敏感器头。发射质量为725.0kg，在轨干质量为376.3kg。该飞行器经过气动刹车进入201x500km的椭圆轨道，然后圆化为400x400km的极轨道。
“火星奥德赛”的任务是收集数据，确定火星环境是否适合生命的存在,提取火星的气候和地质特征,研究可能对未来的宇航员构成潜在威胁的射线，并在轨道上对火星表面进行详细的矿物学分析和放射性环境的测量。这个轨道器将作为“火星2003漫游车”和可能的其他任务的通讯中继星，从轨道上收集数据的工作直到2004年7月，然后继续作为通讯中继星一直工作到2005年10月。
“火星奥德赛”携带有多种先进的科学仪器，如火星放射性环境试验仪器：用来测量近火星空间的放射线环境，因为有关的射线可能给宇航员带来危险；热散射成像系统：使用1个高分辨率的相机和1个热红外成像光谱仪来绘制火星表面的矿物图；Gamma-射线分光仪 (GRS)：用来绘制火星表面的元素构成图及确定火星表面浅层下氢的含量；此外还搭载了俄罗斯的重量仅为4公斤的高能中子探测器，用来测量火星两极冰的含量。由“火星奥德赛”发回的资料证实火星南半球存在大量的冰，厚度约1.5米,遍布从南极到南纬60度的800平方公里范围。最近，俄罗斯的高能中子探测器探测到，火星的北半球也有大量的冰，位于火星北极至北纬50度之间。这些冰在火星地表以下1至2米，甚至更深的地方，其厚度超过1米。与火星南半球的冰相比，其北半球的冰更厚，分布更广。这些资料显示出，火星上生命存在的可能性进一步加大。“火星奥德赛”的费用是2.97亿美元。（北京航空航天大学 徐世杰）
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