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  • 中国火星探测计划

    中国火星探测计划是中国第一个火星探测计划,中国航天局会与俄罗斯联邦航天局合作共同探索火星。2011年发射的萤火一号将会是该计划的首颗火星探测器。2016年4月24日首个“中国航天日”来临之际,国务院新闻办于4月22日下午就首个“中国航天日”及中国航天发展有关情况举行新闻发布会,中国火星探测任务正式立项,中国预计在“十三五”规划的末年,即2020年左右发射一颗火星探测卫星。探测火星的方式与探测月球的方式相似,也是“绕、落、巡、回”,最终实现载人登陆火星的目标。2016年8月10日6时55分,我国在太原卫星发射中心用长征四号丙运载火箭成功将高分三号卫星发射升空。2016年8月23日,中国第一个火星探测器和和火星车外观设计构型揭开面纱,中国火星探测工程名称和图形标识也正式向全球征集。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 中国火星探测计划
    研究对象: 火星 勘测手段: 人造卫星
    策划单位: 中国航天局 立项时间: 2016年4月26日

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    背景/中国火星探测计划 编辑

    失败率超高的火星任务失败率超高的火星任务
    截至2016年6月,全球共进行了114次月球探测,43次火星探测。从20世纪90年代至今,人类共进行了18次火星探测,而月球探测只进行了14次。有5个火星轨道器和2辆火星漫游车在工作,但只有1个月球轨道器和1个月球着陆器在工作。世界航天大国都制定了以火星系统为目标的探测计划,火星探测比月球探测还热。

    在火星探测方面,美国独占鳌头。从20世纪90年代起,美国开始实施“火星生命计划”,以确定火星上是否存在生命;2001年美国发射了“火星奥德赛”,该探测器首次发现火星上有大量水冰;2003年,美国先后发射了第二代火星车——“勇气号”和“机遇号”,它们再次证实火星上有水;2013年美国发射的“火星大气与挥发物演变”是世界首个研究火星上层大气的探测器。

    俄罗斯欧洲航天局合作研制的“火星生物学—2016”在2016年3月14日发射成功,用于探测火星大气中的甲烷含量和验证火星着陆技术;2020年,俄罗斯还将与欧洲航天局合作执行“火星生物学—2020”任务。

    2013年11月5日,印度发射了第一个火星探测器——“曼加里安”,成为亚洲第一个成功探测火星的国家。由于印度运载火箭推力较小,所以“曼加里安”不能靠火箭推力直接进入地火转移轨道,而是先绕地球20多天,靠探测器自身的发动机多次点火加速才能逐渐达到第二宇宙速度。“曼加里安”用于研究火星表面、大气和矿物特征,探寻火星上是否有甲烷和生命迹象。

    探测内容/中国火星探测计划 编辑

    中国未来将进行深空探测,探测太阳系火星、小行星等,探寻地外生命信息。

    针对火星的探测任务,主要包括探索火星的生命活动信息,包括火星过去、现在是否存在生命,火星生命生存的条件和环境以及对生命起源和地外生命的探测。

    针对火星本体的科学研究,将包括对火星磁层、电离层大气层的探测与环境科学,包括火星的地形、地貌特征与分区,火星表面物质组成与分布,地质特征与构造区划;对于火星内部结构、成分,火星的起源与演化也将进行进一步的研究和探索。欧阳自远表示,在以“为人类社会的持续发展服务”的总目标下,将探讨火星的长期改造与将来大量移民建立人类第二个栖息地的可能性。

    计划显示,火星的探测将实行轨道器加火星车的联合探测方式,计划将在2020年实现火星的着陆巡视,在2030年实现火星的采样返回。

    发展历程/中国火星探测计划 编辑

    1962年11月,苏联发射“火星1号”探测器,在飞离地球1亿公里时与地面失去联系,从此下落不明,它被看作是人类火星探测的开端。
    1965年7月,美国“水手4号”飞近火星,从距离火星1万公里处拍摄了21幅照片。
    1972年,美国“水手9号”飞船沿火星外层空间轨道飞行,成为火星的第一颗人造卫星,环绕火星轨道进行长期考察。
    1974年,苏联“火星6号”和“火星7号”探测器在火星着陆,探测结果没有公布。
    1998年7月,日本发射“希望”号火星探测器,但以失败告终。
    2001年4月,美国发射“奥德赛”号火星探测器,发现火星表面可能有丰富的冰冻水。
    2003年6月,欧洲宇航局的第一个火星登陆器“猎兔犬2号”及其搭乘的“火星快车”探测器由俄罗斯火箭发射升空,“猎兔犬2号”登陆火星后与地面失去联系。
    2003年6月,携带“勇气”号火星车的美国“火星探测流浪者”号探测器升空。次年1月“勇气”号火星车在火星表面成功着陆。
    2008年,美国“凤凰”号探测器成功登陆火星,后失去联系。
    2011年11月,俄罗斯“福布斯-土壤”火星探测器及其搭载的“萤火一号”火星探测器发射失败。
    2011年11月26日23时2分,美国“好奇号”火星探测器发射成功,顺利进入飞往火星的轨道。
    2012年8月6日,美国“好奇号”火星探测器成功降落在火星表面,展开为期两年的火星探测任务。
    2013年11月5日,印度“曼加里安”(Mangalyaan)火星探测器从印度萨迪什亚万发射场成功发射升空。

    2014年9月24日上午10点30分左右成功进入火星轨道。
    2014年9月22日10时25分,美国“火星大气与挥发演化”(MAVEN)探测器经过10个月的漫长航行,成功进入绕火星运行的轨道。

    阶段任务/中国火星探测计划 编辑

    整个计划共分四个阶段:

    阶段1:(~2009年)会对第一次任务进行充足准备,包括定立探测目标、技术研发和寻求国际合作。
    阶段2:(2009年后至今)已发射的卫星将探测火星环境,所得的数据用作火星软着陆之用。
    阶段3:发射火星着陆器并携带一辆火星车,在火星上软着陆。成立火星表面观察站、发展飞行器穿梭地球与火星、并且建立火星基地供机械探测器进入。此阶段的最终目标是为将来人类登陆火星提供基础,令人类可在火星观察站中观察火星。

    技术问题/中国火星探测计划 编辑

    首先是火星大气问题。火星大气气压很低,只有地球表面大气压力的1%,具有很高的不确定性。有关它的变化和风暴时特性等因素,科学家们还没有透彻的认识。火星在夏季常形成类似地球沙尘天气的尘暴,这会导致火星车接收的太阳光能量急剧下降,必须为火星车设计“休眠”模式,让其耐心地等待尘暴过去。

    其次是光照问题。火星距离地球最远4亿公里,距离太阳更远。同样面积下,火星接收太阳光的能量只有月球表面的40%。同时,火星大气对太阳光照还有削减作用,这为火星探测的能源供给带来难题。这就要求探测器的太阳翼面积更大,而且需不断调整,努力对准太阳方向。还有,火星表面重力只有地球的38%,但是比月球表面的重力大多了,因此探测器需要更大的功率。

    这次火星探测任务最核心、最难的地方,就是探测器进入火星大气后气动外形和降落伞减速的过程,只有一次机会,必须确保成功。由于地球与火星距离遥远,整个过程无法由地面实时控制,所以必须依靠探测器自主完成。由于没有那么多的推进剂来抵消那么高的速度,所以登陆火星时,减速要依靠火星大气的作用,然而火星大气难以在地面模拟。这些问题都给设计师们带来极大的技术挑战。[1]

    探测设备/中国火星探测计划 编辑

    卫星

    曾在珠海航展展出的火星车模型曾在珠海航展展出的火星车模型

    计划将会有两颗探测器卫星,中方及俄方各发射一颗。

    中方的萤火一号原预计于2009年搭载俄罗斯的联盟号运载火箭发射。该年6月,宣布推迟到2011年发射。

    探测器

    萤火一号是中国火星探测计划中的第一颗火星探测器。火星在古代被称为“荧惑”,中国第一颗火星探测器取其谐音,命名为“萤火一号”。上海卫星工程研究所从2007年6月中俄正式签署合作协议后,开始接到制作任务而和时间展开赛跑,原计划2009年10月探测器正式发射,研制时间只有两年多,这是中国自主研制的首个火星探测器的实体等大模型,它体重仅110公斤,本体长75厘米、宽75厘米、高60厘米,将携带照相机、磁强计等八件武器,肩负中国首次地外行星空间环境探测的重任。

    火星探测项目是继载人航天工程、探月工程之后中国又一个重大空间探索项目,也是首次开展的地外行星空间环境探测活动。首个火星探测器“萤火一号”原定于2009年10月搭载俄罗斯运载火箭,与俄罗斯的“福布斯-土壤”火星探测器“结伴”奔向火星,但由于种种非技术原因推迟发射。陈昌亚表示,行程推迟后,由于火星每两年才靠近地球一次,“萤火一号”须等到2011年发射。他们目的是,做好这颗探测器的延寿工作,定期检测各个元件是否老化,确保两年后的成功发射。
    陈昌亚透露,“萤火一号”探测器长、宽各约75厘米,高60厘米,两侧太阳帆板展开长近8米,质量约115公斤,设计寿命为2年。发射将采用一箭双星方式,即“萤火一号”和俄罗斯探测器“福布斯”一起搭乘运载火箭飞向火星,到达火星轨道后再分开。探测器上携带有等离子体探测包、光学成像仪、磁通门磁强计、掩星探测接收机等四类有效载荷。虽然俄罗斯为我们提供了很多帮助,但也因此带来了局限。国际上的火星探测器一般不走赤道这种轨道,但由于与俄罗斯探测器捆绑一起,这种探测器要到火卫1必须借助赤道轨道寻机着陆,而将“萤火一号”仍留在大椭圆赤道轨道上,从而将面临探测史以来最长的8.8小时“长火影”。
    从2007年6月开始,“萤火一号”的研制花了两年时间,上海的科研团队共攻克了探测器的5项关键技术。陈昌亚说,由于“萤火一号”搭载的俄罗斯火箭还要把该国的探测器送往火星卫星,中国的探测器不得不进入赤道轨道,这就给上海科研人员提出了很大的挑战——“萤火一号”将面临长达8小时48分钟火星阴影,也就是说,它会在这段时间内得不到来自太阳的能量,周围温度达到摄氏零下200度以下。中国科研人员为此研发了“休眠-唤醒”技术,多次试验表明,经过8小时48分钟休眠后,只要加电唤醒,它所有16台单机均能恢复正常工作。而另一个难题是,火星距离地球近则六七千万公里,远则4亿公里,与地面测控站的往返“对话”需44分钟。因此,大多数情况下,“萤火一号”必须“自己管自己”,“萤火一号”的外太空测控技术已经完全成熟。

    2011年11月8日,“萤火1号”与俄罗斯的采样返回探测器一起发射升空,开始对火星的探测研究。11月9日,俄方宣布福布斯-土壤号火星探测器变轨失败。受此影响,中国航天科技集团公司载人航天工程办公室主任童旭东表示两年内不会再有新动作。

    自主探测/中国火星探测计划 编辑

    2009年10月,中国也将加入探测火星的队伍,向火星发射“萤火一号”。但真正实现“绕,落,回”三步计划,还有很长的路要走。
    在航天界,火星有航天器的坟墓之称,火星探测初期有三分之二的探测器都以失败告终。
    首先要解决运载火箭的难题,要让探测器脱离地球引力必须达到第二宇宙速度11.2公里/秒,这样才能确保探测器不奔向其他天体”,焦维新指出,而中国运载“嫦娥”的火箭的速度只有10.9公里/秒。
    单从切入轨道而言俄罗斯已能做到百分之百成功,“萤火一号”切入火星轨道应该不成问题。
    中俄联合火星探测副总设计师陈昌亚则向本报指出另一个难题,探测器的信号对地面指挥尤其重要,“一旦捕获探测器的信号,就像听到新生婴儿落地一样。”但在茫茫太空,信号十分微弱,“没有信号就无法判断探测器是否进入轨道,也无法对探测器飞行作出调整。”焦维新说,这需要建立深空探测网,但中国还没有建立起像美国那样覆盖全球的深空探测网。“仅靠我们自己的国土现有的探测网和少量的探测船是不够的。”
    对于中国何时能自主探测火星,焦维新认为恐怕还要20年。“不仅需要研制自己的运载火箭、还要有自己的深空探测网,提高探测器的跟踪通讯能力,这里有很多技术问题,需要一步步探索。”他认为大量开展国际合作是一条捷径。

    正式立项/中国火星探测计划 编辑

    2016年4月22日下午国务院新闻办就首个“中国航天日”及中国航天发展有关情况举行新闻发布会。工信部副部长、国防科工局局长、国家航天局局长许达哲介绍,目前,中国火星探测任务正式立项。

    中国计划于2020年发射火星探测器,一步实现“绕、落、巡”工程目标,对火星进行着陆巡视探测工作。

    2016年是“十三五”开局之年,中国火星探测任务正式立项,国家民用空间基础设施工程全面启动,探月工程嫦娥四号任务全面启动、嫦娥五号进入决战阶段,北斗导航系统加速全球组网。无毒无污染大推力的长征五号、长征七号新一代运载火箭将实现首飞,天宫二号和神舟十一号将发射对接。高分三号卫星、风云四号气象卫星以及硬X射线调制望远镜探测卫星、量子科学实验卫星等空间科学新型卫星将实施发射。[2]

    名称标识征集/中国火星探测计划 编辑

    2016年8月23日,中国第一个火星探测器和和火星车外观设计构型揭开面纱,中国火星探测工程名称和图形标识也正式向全球征集。中国火星探测在2020年实现“环绕、着陆、巡视”三个目标的同时,在2030年实现火星表面取样返回。[3]

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    参考资料
    [1]^引用日期:2016-08-14
    [2]^引用日期:2016-04-22
    [3]^引用日期:2016-08-24
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    社会科技

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