備受青睞的火星探測

“火星探路者”一舉成名

美國“火星探路者”是1996年12月4日發射升空的。這個探測器由兩部分組成：1個固定位置著陸器和1輛火星車。著陸器在火星登陸后首先向地球發回了進入火星大氣層及著陸時的科學和工程數據，接著拍攝火星表面的圖像。火星車體積不大，僅重10千克，它用6個輪子在火星表面行駛，拍攝火星圖像。

“火星探路者”重量較輕，并且是按能經受高速闖入火星大氣的嚴峻考驗來設計的，所以它與“火星全球勘測者”所用的飛行軌道有很大不同，只用了7個月就到達了火星。

它在火星表面著陸后依靠3臺放射性同位素加熱裝置來保持溫度，每臺裝置中裝有 2.6克钚238。這些钚呈陶瓷狀，包覆在金屬內， 并由氣動外殼防護，以保證這種核裝置不會在發生事故時損壞并使钚外泄。

“火星探路者”采用了一些以前從未用到過的技術，包括直接進入火星大氣著陸（而不是先進入一條環火星軌道），復雜的下降飛行過程，被動式的氣囊著陸裝置以及裝在四面體形星體一個側瓣上的一輛微型漫游車。其著陸器和氣動外殼進入火星大氣后，按預定程序完成了一系列“高難動作”。進入火星大氣后2～3分鐘，直徑7.3米的減速傘張開；20秒后， 防熱罩由火工品分離。隨后著陸器從其后殼上分離。著陸器落地后像沙灘球一樣彈了幾下。

1997年7月4日，即美國獨立日這一天，“火星探路者”探測器在經過4.94億千米、7個月的漫長旅行后，終于到達了火星這顆神奇的紅色星球，并成功地在火星表面上的阿瑞斯谷登陸。這是21年來人類首次把探測器送到火星表面。

從科學上說，由于阿瑞斯谷是一場特大洪水形成的外流盆地，所以應有很多各式各樣的巖石。“火星探路者”發回的圖像證實了這一點。從這些圖像上可以看到著陸場周圍遍布著各類小巖石和卵石，表面類型豐富，遠處還有300多米高的山峰和丘陵。科學家們正是利用地平線上的小山和其它地物特征來判斷探測器的著陸位置的。

“火星探路者”所帶的漫游車稱為“索杰納”（也叫“旅居者”）能在火星表面上行駛。盡管蘇聯在1970年和1973年成功地在月球上運行過兩輛大型漫游車，不過在地外行星上投入運行的漫游車“索杰納”卻是首例。

漫游車長0.66米，寬0.48米，展開后高0.3米，重10千克多，有6個輪子，行駛速度很慢，像只蝸牛，設計速度１厘米/秒。它攜帶了3臺相機和1臺阿爾法質子Ｘ射線光譜儀，由車頂的太陽能電池板提供電力。6個輪子是鋁制的，前、后４個輪子可獨立轉動，因而能就地轉彎。漫游車和著陸器間通過一特高頻指令與遙測系統保持聯絡。

“火星探路者”的這次探測使人類對火星地表有了直觀的認識，使人類對火星巖石和土壤有了初步了解，對火星氣候有了更深入的了解。對發回的照片和數據進行的分析表明，火星可能與地球一樣清晨有霧氣，這進一步說明火星上有水存在。找到了一些支持“火星生命說”的證據。“火星探路者”著陸器拍攝的照片表明，幾十億年前火星的阿瑞斯平原曾發生過大洪水，從而證實了“海盜”探測器21年前的判斷。不過，這還不能就斷定火星上曾經有過生命，還需要等今后的探測計劃來證實。

1997年9月27日，“火星探路者”、“索杰納”與人類的聯系中斷了，其工作時間大大超過了著陸器和火星車的設計工作壽命(分別為30天和7天)。它們共向地球發回26億比特數據和1.6萬幅火星照片。“火星探路者”取得了眾多的科學考察成果，它們表明，火星在歷史上可能存在比較溫暖、潮濕的環境。

“火星奧德賽”發現火星有水

2002年3月1日美國航宇局宣布，美國發射的“火星奧德賽”探測器傳回的火星南極圖像和數據表明，火星上有大量的冰。這一驚人消息意味著：有冰就有水，有水就證明火星上可能有生命或者曾經有過生命。

“火星奧德賽”是美國航宇局在1999年經歷了兩次火星探測均告失敗之后于2001年4月7日首次發射進入火星軌道的探測器。由于“火星奧德賽”采用空氣動力制動技術替代以往用推進器改變探測器軌道的老辦法，因而不必運送沉重的推進器，用便宜、輕小的運載火箭便能發射探測器。科學家希望它所攜帶的高度復雜的儀器能將有關火星上水的現狀及其深度、火星表面的地質構造和所受輻射的特征數據傳回地球。

從2001年10月26日起的70多天時間中，“火星奧德賽”經過多次空氣制動過程調整軌道，進入了火星大氣層，并最終在離火星表面400千米高的圓軌道上運行，運行周期為2小時。

“火星奧德賽”由洛馬公司制造，呈盒狀，尺寸為2.2米×1.7米×2.6米，重725千克，成本2.97億美元。它由一個面積為6.75平方米的翼狀太陽能裝置提供動力，其主體呈四四方方的箱狀，為的是緩解空氣動力制動帶來的壓力。

盡管此前的火星探測工作為科學家提供了大量信息，但科學家尚未完全弄清火星到底由什么構成。所以，“火星奧德賽”探測器攜帶了3臺科學儀器，包括1個熱散發成像系統、1臺γ射線光譜儀和1臺火星輻射環境試驗器，科學家通過它們了解火星表層的構成和它的輻射環境。其中，熱散發成像系統可繪制高分辨率的火星地理圖，幫助科學家更好地理解火星礦物學與火星地形之間的聯系。γ射線光譜儀如同科學家勘探火星地表的鐵鏟，使科學家能有機會看清火星亞表層的情況，它能測定包括氫在內的多種元素的含量和分布情況。γ射線光譜儀和附帶的中子頻譜儀、高能中子探測儀合在一起作用，通過中子測定，可推斷水存在的可能和分布，這是由于氫極有可能存在于冰凍狀態的水里，因此光譜儀有望探測到火星表層冰凍水的痕跡。這是科學家首次在火星探測器上配備探測表層水以及礦物成分的儀器。火星輻射環境試驗器在火星軌道上和火星表面上采集數據，首次測量了火星表面的放射物質水平，為評估航天員登陸火星時可能面臨的危害提供信息。

火星表面是沒有液態水或冰凍水，所以探測火星的近地表層成為“火星奧德賽”在火星找水的突破口。火星的周圍沒有稠密大氣，當宇宙射線撞擊火星時，火星地表中就會釋放出強度很高的中子流。這些中子在穿越火星的近地表層時，會與近地表層中各種元素的原子核發生碰撞。水中富含氫原子，當中子撞到氫原子核時，中子的動能就會降低。與此同時，中子還會釋放出部分熱能。俄制高能中子探測儀具有極高的靈敏度，能夠探測出火星地表中子流的動能差別，并捕捉到中子釋放出的熱能，進而判斷水的存在。

在2001年底～2004年年初，“火星奧德賽”上的高能中子探測儀反復探測了火星的近地表層，以確定該地層的含水幾率，并劃出有可能含水的區域。此外，高能中子探測儀還與“火星奧德賽”探測器上的熱散發成像系統等儀器協同探測，以確定含水區中所含的是液態水，還是冰凍水。高能中子探測儀和其他儀器所獲得的“火星水”信息，通過無線電信號傳至美國航宇局噴氣推進實驗室。爾后，俄航天研究所專家通過因特網獲得上述信息，并對其進行分析研究。

“火星奧德賽”上的碟形衛星天線長達1.29米，呈拋物線形，能以110千比特/秒的速度，把其他探測器在圍繞火星軌道運行時以及在火星表面收集到的科學數據傳輸到地球上。

該探測器于2001年10月31日就發回了第1張有關火星的圖像，這是由該探測器上的紅外相機拍下的。“火星奧德賽”的主要科學測繪任務是從2002年2月開始的，現已傳回了大量數據，目前還在工作，它也為火星著陸器中繼數據。

沒希望的希望號探測器

1998年7月3日，日本用M5運載火箭發射了其第1個火星探測器希望號（原名行星-B，發射后更名），使日本成為世界上第3個發射火星探測器的國家。該探測器裝有14種設備，其中包括由美國設計制造的中性物質光譜儀，擬探測火星的上部大氣層和電離層，重點研究太陽風的影響。這個重533千克、體積為1.6米×1.6米×0.6米的探測器由日本電氣公司(NEC)負責總裝，它還擬飛經火星的2顆衛星——火衛1和火衛2。

希望號原計劃利用月球和地球的引力進行2次借力飛行，然后在1998年12月開始飛向火星的旅程，最終于1999年10月到達火星。但在1998年12月20日希望號利用地球重力進行借力飛行時發生了問題。當時，希望號的推力器系統的3個閥門中有一個卡殼，只開啟了一部分，使速度只提高了270米/秒，而不是所要求的430米/秒，從而不能實現飛向火星所需的速度和航線。此后，在閥門完全打開的情況下進行了第2次補償點火，并取得了成功，但為此消耗了大量推進劑。

為此，希望號只能面臨1次漫長而曲折的旅行，它需要再完成2次地球重力借力飛行，然后飛向火星。即便今后一切順利，希望號到達火星軌道的時間也要比原計劃推遲4年多。

按計劃，希望號應于2003年12月14日到達離火星表面894千米上空，然后進入環火星軌道，但是由于其電路系統在2003年底受太陽風暴的影響而出現故障，結果使變軌發動機無法啟動，即探測器不能切入火星軌道而告失敗。