備受青睞的火星探測

最先進的人造火星衛星

經過近7個月的飛行，當今世界最先進、最大的人造火星衛星——“火星勘測軌道器”于美國東部時間2006年3月10日進入火星軌道。開始于2002年的這次飛行任務耗資7.2億美元，其中探測器成本為4.5億美元，是美國航宇局近30年來發射的最大、最復雜的火星探測器，也是美國航宇局在21世紀頭10年內發射的最后一個火星軌道器。因為財政緊張，已迫使美國航宇局取消了一項原定在2009年發射的價值5億美元的火星軌道器。

它攜帶了迄今為止最先進的太空探索裝備，其成像系統分辨率是以往其它系統的6倍。該探測器能進一步研究“火星全球勘測者”探測器已發現的可能有水的區域，并從火星荒蕪的表面為以后的探測工作選擇安全、有科學價值的著陸點，為今后10年發射的機器人探測器登陸火星做準備。

同時，在成像任務完成之后它還將為火星著陸器中繼數據，因為它配備了功能強大的高增益天線，此天線每分鐘所傳輸的數據是目前運行的“火星全球勘測者”、“火星奧德賽”和“火星快車”3種火星軌道器所能傳輸數據總和的10倍，是卡西尼號土星探測器、深空-1、麥哲倫號金星探測器、“奧德賽”和“火星全球勘測者”在執行任務中傳送數據總和的3倍，甚至超過以往所有行星探測器所獲數據的總和。

其任務分2個階段完成：2006年11月～2008年11月用于獲取火星的科學信息，即主要勘測火星表面和地下的水資源，尋找存在生命的證據，并將為未來的載人火星探測使命尋找合適的登陸點；2008年11月～2010年12月用于數據中繼，即利用該軌道器把在火星表面工作的其它探測器所獲信息傳回地球，因為為了減輕重量和節省能源，未來的一些火星著陸器將不配備大功率通信設備，所以難以向地球直接發送大量數據，而“火星勘測軌道器”可以為火星著陸器與地球之間提供每天2次、每次5分鐘的寬帶互聯，并為這些火星著陸器提供導航定位和時間信號等支持。這個探測器將于2010年結束使命，但科學家們稱它所攜帶的燃料使之足夠運行到2014年。

它還將試圖尋找2個因故障失蹤的火星探測器，即1999年11月在火星墜毀的美國 “火星極地著陸器”和英國的獵兔犬2號著陸器。

“火星勘測軌道器”的總體設計和飛行系統的集成由洛馬公司承擔，但由噴氣推進實驗室負責項目管理。它是世界第1個采用“空氣制動”減速原理來緩慢進入火星工作軌道而設計的探測器。2005年8月12日宇宙神5號火箭成功發射了“火星勘測軌道器”，把軌道器加速到11千米/秒，從而提供給軌道器從地球到火星所需所有能量。

該探測器的結構采用鈦、蜂窩鋁等強度很高但重量特輕的材料，能承受發射時的5g加速度；除所有系統都有備份外，在設計上還采用了“單獨容錯”的方式，即當某一個部件發生故障時系統仍能完成任務，所以很可靠。

其凈重為1031千克，發射質量為2180千克。為了使“火星勘測軌道器”能夠飛向火星，并執行一系列進入火星軌道的機動，它攜帶了1149千克推進劑。

從“火星勘測軌道器”的平臺到所載有效載荷都是前所未有的頂級產品。例如，它的“大腦”是133兆赫茲的新一代PowerPC處理器；固態存貯器的容量達160吉比特；裝有16個太陽敏感器和2個星敏感器；2個慣性測量裝置分別由3個組合加速度計和3個環狀激光陀螺儀組成；由4個轉速為6000轉/分鐘的反作用飛輪控制姿態，其中1個是備份；其電源由2個太陽電池翼和2個鎳氫電池提供，能經受200°C高溫的太陽電池翼是空間探測任務中所使用過的最大2個，由7000個太陽能電池組成，面積為20米2，可產生32伏電壓、2000瓦功率的電能，這是所需電力的2倍，能不斷充電的鎳氫電池可儲存100安小時的電能；探測器通過散熱器、加熱器、隔熱氈和特殊涂料進行溫控，并能防御微小流星的撞擊；通信分系統由1個高增益天線、2個低增益天線、3臺放大器（2臺100瓦的X頻段放大器和1臺35瓦的Ka頻段放大器）和2臺應答器等組成，大部分所獲數據通過直徑3米的高增益天線和100瓦行波管放大器用8000兆赫茲的X頻段轉回地球，波束較寬的低增益天線用于緊急情況時的通信。

“火星勘測軌道器”的軌道離火星表面最近。進入火星工作軌道后，它每天繞火星飛行12圈。其上科學儀器的視角為30°，幅寬5千米，359天勘測火星表面1遍。它的基本任務是進行全球性繪圖、區域性測量和特殊點詳查。美國每天都用2個直徑34米的深空網天線接收它所傳回的大約34吉比特數據（相當于6500張光盤的容量）。

“火星勘測軌道器”的功能主要體現在三個方面：一是它裝備的相機可“看”清火星表面一張凳子大小的物體，精確探測火星的地形地貌，為未來登陸火星選擇風險最小的地點；二是它裝備的光譜儀、氣候探測儀等設備，將用來探測火星大氣中沙塵和水的循環，同時進一步分析火星地表的礦物；三是它裝備的數據通信設備，可成為未來各種探測器與地球通信聯系的中繼站，有助于構建“太空互聯網”。

“火星勘測軌道器”載有6套十分先進的科學儀器，它們的設計壽命為5年半，其中不少是新型科學儀器，但也有2臺是從失敗的“火星觀察者”和“火星氣候軌道器”所帶的儀器而改進來的。

●高分辨率成像科學實驗儀的分辨率超過以往的任何火星探測器。它用于辨別與水有關的地貌，尋找含水的或有水熱活動的地點，確定火星復雜分層結構的特征，辨別或表征最適合未來著陸和取樣返回的地點。它工作在可見光譜段，并可由立體成像和數字立視模式獲得形態數據。其分辨率隨軌道器的軌道高度不同而不同。

●背景成像儀的任務是和高分辨率成像科學實驗儀、集成型火星勘測成像光譜儀同步成像，為后2臺儀器所得到的數據提供更寬范圍背景圖像。其分辨率不高，但其幅寬比后2臺儀器更大，可達40千米，用于為科學家在研究某具體巖石或者小地區的高分辨率圖像時，能更好地顯示出這些物體所處的環境背景。

●火星顏色成像儀的任務是對火星進行全球成像，區分出火星表面每天、每季和每年之間的氣候變化，對火星的每日天氣進行記錄，詳細研究大氣層與表面以各種空間尺度和時間尺度的相互作用，檢驗表面特征和表面成分以及火星氣候演變的礦物學。

●小型火星勘測成像光譜儀是美國航宇局火星任務采用的第1個可見光紅外光譜儀。其任務是尋找組成水存在的礦物殘余物和礦石，以及有可能存留有水的遠古溫泉、火山口、湖泊、池塘。

●火星氣候探測儀的任務是探測火星大氣的溫度、大氣中的水蒸汽和塵埃，做有助于了解目前天氣和氣候以及將發生的潛在變化的測量，用來了解火星的氣候和天氣，以及可能發生的變化。

●淺地表雷達由意大利航天局研制，其任務是在火星的淺地表下查找水的存在，確定巖石、土壤、水和冰的分布，最大探測深度可以達到1千米。

常言道，紅花也要綠葉配。“火星勘測軌道器”更不例外。除了裝有6套探測的科學儀器外，它還裝有電子通信導航組件、光學導航相機、Ka頻段通信試驗組件3套工程設備以及重力場研究組件以及大氣結構研究加速度計2套科學實驗設備。

美國航宇局火星探測項目首席科學家邁克爾·邁爾說，“火星勘測軌道器”的首要使命是探索火星上水源的歷史和分布情況，解答火星上是否誕生過生命、現在是否還存在生命、生命誕生或消失的原因等問題。此外，它探測到的火星水資源分布信息，將為未來登陸火星的航天員提供幫助。