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  • 火星探测

    火星是太阳系八大行星之一,按离太阳由近及远的次序排列为第四颗。在太阳系八大行星之中,火星也是除了金星以外,距离地球最近的行星。大约每隔26个月就会发生一次火星冲日,地球与火星的距离在冲日期间会达到极近值,通常只有不足1亿千米,而在火星发生大冲时,这个距离甚至不足6000万千米。火星冲日意味着这时可以使用较小花费将探测器送往火星,所以人类的火星探测活动通常也会每隔26个月出现一次高潮。火星探测是指人类通过向火星发射空间探测器,对火星进行的科学探测活动。

    编辑摘要

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    概述/火星探测 编辑

    火星是太阳系八大行星之一,按离太阳由近及远的次序排列为第四颗。在太阳系八大行星之中,火星也是除了金星以外,距离地球最近的行星。大约每隔26个月就会发生一次火星冲日,地球与火星的距离在冲日期间会达到极近值,通常只有不足1亿千米,而在火星发生大冲时,这个距离甚至不足6000万千米。火星冲日意味着这时可以使用较小花费将探测器送往火星,所以人类的火星探测活动通常也会每隔26个月出现一次高潮。

    到目前为止,火星是除了地球以外人类了解最多的行星,已经有超过30枚探测器到达过火星,它们对火星进行了详细的考察,并向地球发回了大量数据。同时火星探测也充满了坎坷,大约三分之二的探测器,特别是早期发射的探测器,都没有能够成功完成它们的使命。但是火星对于人类却有一种特殊的吸引力,因为它是太阳系中最近似地球的天体之一。火星赤道平面与公转轨道平面的交角非常接近于地球,这使它也有类似地球的四季交替,同时,火星的自转周期为24小时37分,这使火星上的一天几乎和地球上的一样长。

    探测历史/火星探测 编辑

    火星探测火星探测

    60年代

    人类使用空间探测器进行火星探测的历史几乎贯穿整个人类航天史。几乎就在人类刚刚有能力挣脱地球引力飞向太空的时候,第一个火星探测器也开始了它的旅程。最早期的探测器几乎都失败了,而火星探测也就是在一次又一次的失败中不断前进。

    1960年10月10日,前苏联向火星发射了第一枚探测器。紧接着就在四天以后,第二枚火星探测器升空。然而这两枚火星探测的先行者却连地球轨道都没能到达。

    1962年10月24日,当火星又一次运行到合适的位置时,前苏联的第三枚火星探测器升空了,然而这次它也是仅仅到达了环绕地球轨道而已。1962年11月1日,前苏联向火星发射了火星1号,这枚探测器成功进入了前往火星的轨道,并且计划于1963年6月19日到达火星,然而当1963年3月21日它飞行到距离地球1.06亿千米的距离时,却与地面永远失去了通信联系。三天以后,前苏联的又一枚探测器升空,这枚探测器同样面临着失败的命运,仅仅到达环绕地球轨道,此后火箭未能再次成功点火,两个月后堕入地球大气层烧毁。

    1964年,美国也先后向火星发射了两枚探测器水手3号和水手4号。水手3号于12月5日发射升空,是美国发射的第一枚火星探测器,然而探测器的保护外壳未能按预定计划成功与探测器分离,导致探测器偏离轨道,最终导致失败。水手4号于12月28日发射升空,这是有史以来第一枚成功到达火星并发回数据的探测器,水手4号于1965年7月14日在火星表面9800千米上空掠过火星,向地球发回了21张照片,此后又在环绕太阳轨道上花费三年时间对太阳风进行探测。水手4号发回的数据表明火星的大气密度远比此前人们认为的稀薄。

    前苏联也于1964年11月30日再次向火星发射了探测器,但是这枚探测器再次以失败告终,它虽然最终到达了火星附近,但是却没有能够向地球发回任何数据。

    1969年美国向火星发射了水手6号和水手7号。前者于2月24日发射升空,7月31日抵达火星。后者于3月27日发射升空,8月5日抵达火星。这两枚探测器携带有更先进的仪器和通讯设备,它们成功掠过火星,对火星大气成分进行分析,并发回了大量照片。

    前苏联也于1969年向火星发射了两枚探测器,然而这次甚至比此前的情况更加糟糕,第一枚探测器在发射后7分钟因发动机故障发生爆炸,而另一枚探测器发射后不到1分钟就坠向了地面。

    70年代

    火星探测火星探测

    1971年,美国向火星发射了两枚探测器,尝试进入火星轨道,环绕火星飞行,以获取火星的高清晰照片。5月8日,水手8号发射升空,几分钟后因火箭故障坠入了大西洋。5月30日,水手9号发射升空,这是有史以来第一枚成功进入环绕火星轨道的探测器,取得了空前的成功。水手9号于1971年11月14日到达火星,在火星轨道上工作了将近一年之久,发回了7329张照片,覆盖了火星表面超过80%的部分,同时还对火星的两颗卫星进行了探测。

    前苏联在1971年向火星发射了三枚探测器。第一枚探测器于5月10日发射,包括一个轨道器和一个着陆器,尝试在火星表面着陆,但实际上它仅仅到达了环绕地球轨道,按照计划,探测器应该在地球轨道上停留1.5小时,然后点火向火星进发,但是由于失误,结果它的计时器要等上1.5年向火箭发出这个点火指令,这枚探测器后来被称为宇宙419号,因为前苏联事后否认这枚探测器将要前往火星。火星2号和火星3号是前苏联当年发射的另外两枚火星探测器,与宇宙419号的设计几乎完全相同,分别于5月19日和5月28日发射升空,火星2号于12月27日到达火星后不久便与地球失去了联系,而火星3号的轨道器没有成功,但是其着陆器却成为了有史以来第一个成功在火星表面着陆的探测器,虽然它仅仅火星上工作了大约20秒,甚至没能发回一张完整的照片就永远与地球失去了通信联系。

    前苏联在1973年连续向火星发射了四枚探测器,但是都没有完成它们的探测任务。火星4号于1973年7月21日发射升空,火星5号于1973年7月25日发射升空,它们分别于1974年2月10日和1974年2月12日到达火星附近,火星4号没能成功进入环绕火星轨道,而火星5号则在进入环绕火星轨道不久后就丢失了。火星6号和火星7号都携带有轨道器和着陆器,它们分别于1973年8月5日和1973年8月9日发射升空,然后分别于1974年3月12日和1974年3月9日到达火星附近,火星6号的着陆器成功进入了火星大气层并打开了降落伞,然后就丢失了,而火星7号甚至还没进入环绕火星轨道就丢失了。

    火星探测火星探测

    80年代

    以火卫一的名字命名的福波斯1号和福波斯2号探测器分别于1988年7月7日和1988年7月12日发射升空,这是继1973年失败后,前苏联又一个火星探测计划。然而尽管相隔15年之久,这两颗探测器依然没能逃脱失败的命运,福波斯1号于1988年9月2日在飞往火星的途中失去联系,而福波斯2号则在1989年3月27日探测器进入环绕火星轨道后不久与地球失去了通信联系,它所携带的着陆器也没能在火星表面着陆。

    90年代

    经过多次推迟,美国的火星观察者探测器于1992年9月25日发射升空,开始了它前往火星的旅程。一切似乎进展得相当顺利,然后就在它几乎就要到达火星的1993年8月21日,当准备点火进入环绕火星轨道时,与地球失去了通信联系。

    1996年12月7日,美国的火星环球勘测者探测器发射升空,这枚探测器持续运作了10年,最后在2006年11月5日失去讯号联络,它是最成功的火星任务之一。

    1996年12月16日,俄罗斯发射了火星96号探测器,探测器进入地球轨道后未能成功点火进入前往火星的轨道,不久后在坠入太平洋而宣告失败。

    1998年底和1999年初发射的四枚探测器最终都以失败告终,包括日本的希望号探测器、美国的火星气候轨道器、火星极地登陆者和深空2号

    2000年

    2001年4月7日:美国发射“奥德赛”火星探测器,目前仍在火星轨道运行,测试火星的地质和气候,试图寻找火星上生命和水的迹象。2002年,“奥德赛”发现火星表面和近地表层中可能有丰富的冰冻水,但这一问题目前存在争议。
    2003年6月2日:欧洲航天局的“火星快车”探测器发射升空。
    2003年6月10日:携带“勇气”号火星车的美国“火星探测流浪者”号探测器发射升空。
    2003年7月7日:“勇气”号的孪生兄弟“机遇”号火星车发射升空。
    2004年1月14日:美国总统乔治·W·布什宣布,争取在2020年后以月球为基地把人送上火星。
    2004年1月23日,欧洲航天局宣布,“火星快车”探测器发现火星南极存在冰冻水。这是人类首次直接在火星表面发现水。
    2007年2月25日,欧洲航天局的“罗塞塔”彗星探测器靠近火星飞行,顺利完成利用火星引力调整飞行速度和轨道的任务。
    2008年1月,俄罗斯空间研究所宣布,争取在2025年前把一名俄罗斯宇航员送上火星。 [1]

    远征火星/火星探测 编辑

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    美国宇航局拟订了载人登陆火星的新计划,打算在2031年2月派宇航员远征火星。同为太阳系八大行星之一,火星与地球相邻,离地球最近距离约5500万公里。按照美国宇航局的新计划,重达400吨的载人飞船从地球飞到火星,将需六七个月的时间,加上在火星停留及返回,整个过程约需30个月。

    载人飞船将由3到4枚新型重型运载火箭“战神”-5从地面发射到地球低轨道后组装而成。“兵马未到,粮草先行”,宇航员登陆火星前,美国宇航局将分别于2028年和2029年向火星发射货运登陆舱和星面居住舱,为宇航员在火星上登陆和工作做准备。“战神”-5正在研制当中,如果研制成功,这将是美国载荷最大的运载火箭。这种火箭使用先进的低温燃料推进剂,可把140吨载荷运送到地球低轨道,也可把大约70吨载荷运往月球。

    美国宇航员登陆火星后,将在星面居住一段时间,最多可达16个月。期间,宇航员将使用核能为工作和生活提供所需的动力。由于火星没有空气和水,宇航员登陆火星时,将使用“密闭循环”生命维持系统,不断循环使用空气和水。为了在火星上长期生存,飞船还将种植一些蔬菜和水果,供宇航员食用。同时,也让宇航员有一种生活在地球上的感觉,有利于身心健康。鉴于这将是人类最为复杂的太空远征,美国宇航局还计划在月球上对登陆火星进行预演,以确保万无一失。

    中国火星探测/火星探测 编辑

    中俄火星探测合作谈判参与者、上海航天技术研究院卫星总师徐博明研究员2010年10月21日在北京航天城举行的主题为“火星探测”的第三届中国空间技术论坛上透露,中俄联合探测火星工程俄方“火卫一,土壤样品返回”空间飞行器(又称“福布斯”探测器)与中方“萤火一号”火星探测器,预计2011年11月由俄运载火箭同时发射。 

    萤火一号”由“福布斯”送入绕火星的椭圆轨道后,将在绕火星的大椭圆轨道飞行,自主完成对火星空间环境的探测任务并对火星进行成像,还将与“福布斯”联合完成对火星环境的掩星探测。[2]

    印度火星探测/火星探测 编辑

    印度准备在2012年至2013年之间发射火星探测器,参加火星探测的全球竞争与合作。

    印度空间研究组织主席马达范·奈尔表示,印度准备向火星发射一个约500公斤重的无人探测器。探测器上有着功能强大的高分辨率远程传感解析装置,不仅能收集火星大气层的数据,对其化学成分进行具体分析,还可以对火星的地表和地下结构进行观测分析,寻找火星上的生命痕迹。预计火星探测过程将持续6至88个月,耗资30亿卢比(约合6700万美元)。  
     
    不过,奈尔承认,凭借印度目前的空间技术要实现火星探测还有一定困难,首先要克服的困难就是对新型运载工具的改进和开发。  [3]

    日本火星探测/火星探测 编辑

    “希望”号火星探测器耗资186亿日元(1美元约合109.26日元),本来预定1999年10月到达火星,探测火星的大气和地下结构。但它自1998年7月升空后,故障不断,几经维修,进入环火星轨道的日程一再推迟。2002年4月由于太阳风暴影响,“希望”号的电源出现短路故障。尽管探测器最终通过借地球引力变轨飞行接近了火星,然而由于电源故障,加热装置无法工作,主发动机一直处于冻结状态。从2003年6月起,宇宙航空研究开发机构的地面工作人员一直在向探测器发送指令,试图使电源恢复正常供电,但到现在为止仍没有成功。 

    希望”号将于2003年12月14日凌晨3时19分到达距火星表面894公里的上空,这是它进入环绕火星飞行的预定轨道的最后机会,在此之前它必须完成发动机点火等准备工作,东京时间8日20时(北京时间19时)是排除故障的最后期限。 

    当天晚上,工作人员通过遥控修复“希望”号电源的努力宣告失败,它的主发动机已不能恢复工作,“希望”号14日接近火星之后将进入绕太阳运行的轨道,探测火星的使命就此终结。[4][5]

    军事价值/火星探测 编辑

    火星探测火星探测

    对美国来说,如果宇航员在火星上登陆成功,将具有极大的军事价值。它意味着美军拥有了世界上最强大的太空巨型运载火箭,可以把一定数量的部队运到太空,组成威力非凡的天军。例如,太空巨型运载火箭可以帮助美军在距地球38万公里之远的月球建立军事基地。月球军事基地建成后,美军便可对全球任何国家展开侦察,也可对任何敌国实施突然袭击。不仅如此,美国天军还可以对敌国未来月球基地展开侦察和偷袭作战。

    一旦宇航员登陆火星成功,也可以让美国在其它太空领域展开军事部署。这种太空军事部署几乎可以躲避地球上任何对手的监视和侦察,并对敌国在太空的各种飞行器展开攻击,包括军用卫星和飞船等。多年来,一些国家主要依靠太空卫星进行通讯和侦察,如果军用卫星被袭击,这些国家便很可能成为“聋子”和“瞎子”。

    而对地球敌国的偷袭作战一旦展开,敌国战略目标很可能遭到毁灭性打击,包括战略导弹部队、指挥中心和大型军事基地等。例如,洲际导弹是一些国家最有战略威慑的武器。然而,洲际导弹部队很容易被太空美军发现,随时遭到致命空袭。届时,美国将成为全球拥有绝对优势战略导弹力量的国家。此外,由于天军可在太空中隐蔽部署,还能够快速穿越大气层奔袭,具有极大的战略威慑作用。

    充满风险/火星探测 编辑

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    火星是地球之外最适合生命存在的星体,拥有许多与地球相似的环境,包括大气层、风沙和四季等。火星因此被称为地球的“孪生兄弟”。但是,火星毕竟是人类尚未十分熟悉的星体,存在许多未知数。美国虽然拥有世界最为先进的太空探索技术和强大的经济实力,但火星征程仍然充满风险。

    火星表面的辐射极为强烈,宇航员需要有力的防护措施,否则就会危及健康。此外,宇航员在火星上长期居留,很可能受伤或者生病,诊断和治疗将成为一大难题。如果无法得到及时治疗,宇航员就可能难以安全返回地球。因为飞船运载能力有限,如果要配备医生,则最好是全能的医学专家,要掌握包括内科、外科和心理等各个方面的医术。

    从地球到火星的航程极为遥远,飞船难以携带各种所需物品,宇航员在火星上的后勤补给将面临极大困难。一旦飞船一些部件出现技术故障,宇航员很可能不得不自己维修,甚至自己制造一些部件替换。火星与地球之间的通讯也需要时间,两者即使进行无线电信号发送,也需要40分钟,一旦宇航员在火星上出事,很难得到地球地面站的及时指导,而只能依靠自己做出判断和采取自救措施。

    宇航员登陆火星还有一个不可逾越的最大问题:费用。据美国宇航局估计,整个火星登陆工程最少需要200亿美元,最多需要4500亿美元。这笔费用还没有得到国会批准。美国宇航局早在1987年就曾提出登陆火星计划,但因耗资数千亿美元遭到政府强烈反对。时隔两年后,乔治·布什总统又宣布,计划2019年前登陆火星。然而,同样因耗资达4500亿美元再次遭到国会强烈反对失败。新闻分析/COMMENT 企图削弱中俄太空影响力

    ..

    路透社近日报道称,美国正在设法确保自己作为超级大国在太空探索中的领先地位。一旦美国宇航员成功登陆火星并展开工作和生活,无疑将是人类具有历史意义的太空事件,极大增强美国在全球的影响力,包括太空探索的领先地位,并进一步确保美国作为世界惟一超级大国地位。美国宇航局此举,也有防止俄罗斯和中国在太空探索中赶超美国,降低中俄在太空领域影响力之意。

    3月26日,中国国家航天局与俄罗斯航天局在莫斯科签署协议,双方将于2009年联合对火星及其卫星“火卫一”进行探测。根据合作协议,俄方的“火卫一土壤样品返回”空间飞行器(简称“福布斯探测器”)与中国第一个火星探测器“萤火一号”将由俄运载火箭同时发射。据悉,“萤火一号”大约2010年9月飞抵火星轨道,之后将进行长达一年的科学探测,向地球发回中国第一张火星照片。福布斯探测器将在“火卫一”表面着陆,并提取该卫星的土壤样品返回地球。

    除了火星探测,俄罗斯也在加紧准备宇航员登陆火星的工程。为了给火星之旅做准备,今年6月,俄罗斯便开始与欧空局合作,挑选志愿者在封闭环境中进行520天的模拟火星飞行试验。今年8月31日,俄罗斯新闻通讯社引述俄罗斯联邦航天署署长佩尔米诺夫的话称,俄罗斯计划在2035年后,派宇航员登陆火星。

    而早在2003年5月,俄罗斯《真理报》便透露,莫斯科医学生物研究所一直秘密进行宇航员登陆火星的医学研究。该所一名副所长表示,如果进行国际合作的话,宇航员可在2020年前后登上火星。不过,俄罗斯虽然宣布了宇航员登陆火星的计划,但届时能否顺利实施,目前仍然是个未知数。俄罗斯有人估计,宇航员登陆火星工程将耗资1000亿美元左右,而俄罗斯近年来经济刚有所好转,每年太空活动经费有限。

    中国可能在2040年前后进行载人火星探测,2099年左右在火星建立活动基地。

    美国是世界上最早拟订宇航员登陆火星计划的国家。早在1952年,美国火箭设计大师冯·布劳恩就曾提出建议:向火星发射多艘飞船,把几十名宇航员送上火星。然而,该计划由于技术等方面限制,没有得到政府的批准。

    1957年10月,苏联把人类第一颗人造卫星送入太空。美国很快也发射了自己的第一颗卫星。1962年11月,苏联发射人类第一颗火星探测器,但因技术原因失败。1965年,奋起直追的美国就向火星发射了探测器。之后,美国加紧准备人类首次登月工程,还再次计划派宇航员登陆火星。

    美国于1969年7月登月成功后,副总统阿格纽曾支持载人登陆火星的计划。宇航局打算于1981年11月用两枚核动力巨型火箭把两艘几百吨重的飞船推往火星,并于次年把8名宇航员送上火星停留一个月。然而,由于耗资巨大,该计划遭到时任美国总统尼克松和国会的反对。1971年5月19日,苏联实施人类探测器首次登陆火星的行动。1976年,美国探测器首次登陆火星,发回数万多张图片。

    2004年,美国总统布什宣布,将于2020年前重返月球。由于美国拥有世界实力最强的太空探索技术,许多人当时就认为,美国很可能要派宇航员登陆火星。

    美国未来计划/火星探测 编辑

    2011年

    美国国家航空航天局的火星科学实验室与其合作的麻省理工学院将于2011年10月至12月启程前往火星,它将在火星表面着陆,并且拥有六个轮子,拥有前所未有的机动性能,并且使用核能提供电力,至少在火星表面工作一个火星年的时间。同时,火星科学实验室还将携带各种先进的仪器,它将配有200万像素的主照相机,配合10倍光学变焦镜头和三色真彩色感光能力,将可以拍摄到超高清晰度的全景照片,同时这部相机还将内置MPEG-2硬件影片压缩能力,可以拍摄每秒10画格的高清晰影片,相机本身将配有至少256MB内存和8GB闪存以暂时保存拍摄的照片和影片,配合火星通信轨道器提供的基于激光通信的超高带宽支持,火星科学实验室将会使现在正在火星上工作的双胞胎火星车勇气号和机遇号相形见绌。

    2011年以后

    美国的火星样本取回任务计划将于2013年实施,计划于2016年将半千克左右的火星土壤和岩芯样本送回地球作进一步研究。这个计划包括一个环绕火星轨道运行的返回装置和一到两个着陆装置,着陆装置可能配备有可以小范围移动的火星车,如果那时火星科学实验室仍然可以工作,可能也会利用火星科学实验室在大范围内提前采集样本,或者再发射一枚类似火星科学实验室的火星车用于这个目的。采集样本以后,样本将会被一枚小型火箭发射到火星轨道,与返回装置对接,这个对接也可能不只一次,然后由它将样本一次性送回地球。

    2018年的火星任务将是一个着陆器,用于寻找火星上可能存在生命的证据。

    2020年代将会有更多的样本返回任务实施,用于将火星样本送回地球。

    2037年

    美国计划在2037年派宇航员登上火星

    9月25日在于印度南部城市海得拉巴举行的第58届国际宇航联合会大会上,美国宇航局宣布计划在2037年派宇航员登上火星。[6]

    相关文献

    参考资料
    [1]^引用日期:2010-04-26
    [2]^引用日期:2010-11-07
    [3]^引用日期:2010-11-07
    [4]^引用日期:2010-11-07
    [5]^引用日期:2010-11-07
    [6]^引用日期:2010-04-26
    扩展阅读
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