阿聯酋希望號火星探測器

張揚眉（北京空間科技信息研究所）

阿聯酋計劃于2020年7月發射其首個火星探測器——希望號（Hope），這將是阿拉伯國家的首個深空探測器。希望號探測器將采用日本的H－2A運載火箭從日本種子島航天中心發射，將于2021年到達火星開始探測活動，探測目標是環繞火星研究火星大氣和氣候。

1　項目背景

2014年7月，阿聯酋宣布將成立阿聯酋航天局，并著手進行火星探測任務，待希望號探測器到達火星之時，以慶祝阿聯酋成立50周年。阿聯酋總統哈利法·本·扎耶德·阿勒納哈揚指出，阿聯酋的火星探測任務將標志著伊斯蘭世界開始進入太空探索領域，并證明阿聯酋有能力為人類作出科學貢獻。該任務也是阿聯酋發展空間技術的一項戰略舉措和轉折點，旨在促進國家經濟的發展，可推動阿聯酋科學與技術部門的發展，提高阿聯酋的空間探測能力，也可增加阿聯酋對于國際科學界的貢獻。2014年9月，阿聯酋頒布2014年1號總統令，阿聯酋航天局正式成立。2014年10月，阿聯酋航天局與穆罕默德本·拉希德航天中心（MBRSC）簽署希望號火星探測項目協議。2016年11月2日，阿聯酋副總統兼總理、迪拜酋長穆罕默德·本·拉希德·阿勒馬克圖姆在考察穆罕默德·本·拉希德航天中心時正式批復了阿聯酋希望號火星探測器的最終設計方案。希望號項目經理奧姆蘭·沙瑞夫（Omran Sharaf）表示，該項目將為阿聯酋培養出新一代行星科學家。此外，他也希望海灣地區能更多地關注科學，以應對后石油經濟時代的挑戰。他說：“該項目也許就是改變的催化劑，是邁出的第一步。”

希望號項目由穆罕默德·本·拉希德航天中心管理、研制和運行，美國科羅拉多大學大氣與空間物理實驗室（LASP）、亞利桑那州立大學（ASU）地球與空間探索系、加州大學伯克利分校空間科學實驗室（SSL）與阿聯酋合作研制探測器攜帶的有效載荷，并聯合進行數據分析等活動。日本三菱重工業有限公司將提供H－2A運載火箭發射服務。

希望號的項目團隊分為7個小組，分管航天器、后勤、任務運行、項目科學教育與擴展、地面站和運載火箭等領域。目前有75位阿聯酋工程師參與該項目，到2020年前，參與項目的阿聯酋工程師將達到150名。其中奧姆蘭·沙瑞夫擔任項目經理，莎拉·阿米里（Sarah Amiri）擔任項目副經理。

2　科學目標

希望號任務的科學目標是對火星大氣和氣候進行研究，并將拍攝火星全球大氣圖，研究火星低層和上層大氣的相互作用關系，并搜尋現在的火星天氣和遠古的火星氣候之間的聯系。

一直以來，人們對于火星的探測數據來自有限的數十個火星探測器的探測結果，缺乏對于火星大氣的晝夜連續觀測數據，因此無法對火星大氣的晝夜變化情況進行研究，也無法對火星低、中層大氣的能量向上層大氣轉移的機制進行研究。希望號探測器能夠在高軌道上同時觀測火星低層和上層大氣，獲取火星大部分表面在一天的大部分時間內的影像，從而研究火星全球大氣循環、溫度結構、水冰云層、水蒸氣和塵埃的分布和相互作用。此外，希望號探測器還將研究火星低層大氣的變化情況、上層大氣中氫、氧的逃逸情況等，以揭示原本火星表面可維持液態水存在的濃密大氣在幾十億年的時間內變得稀薄的原因。

希望號任務將搜集超過1000GB的火星數據，并由阿聯酋科學家對這些數據進行深入研究，之后向全球公布研究結果。

3　探測器性能與參數

希望號探測器本體為六棱柱構型，材料為輕型鋁制蜂窩板，發射質量為1500kg，探測器直徑2.37m，高2.90m。3副可擴展600W太陽電池翼，1.5m碟形高增益（定向）天線，非定向低增益天線。在距離地球最近的火星軌道上的數據帶寬為1.6Mbit/s，4～6個120N推力器，8～12個5N推力器。探測器預計壽命為2年，主任務完成后可能再進行為期2年的擴展任務。

希望號探測器將攜帶3種有效載荷，即阿聯酋探索成像儀（EXI）、阿聯酋火星紅外光譜儀（EMIRS）、阿聯酋火星紫外光譜儀（EMUS）。其中，阿聯酋探索成像儀用于測量水冰、塵埃氣溶膠的屬性，并測量火星大氣中臭氧的含量；阿聯酋火星紅外光譜儀用于測量全球熱結構以及水冰、火星大氣中的水蒸氣和塵埃的豐度；阿聯酋火星紫外光譜儀用于測量熱大氣層、氫氧圈的全球特點和可變性。這3臺儀器分別在可見、紅外和紫外波長拍攝火星圖像。

4　希望號任務過程

希望號計劃于2020年7月由日本H－2A運載火箭從日本種子島航天中心發射。在為期7個月的“巡航階段”，探測器將進行有效載荷檢測和校準工作。2021年初，探測器將接近火星，利用推力器減速并進行火星軌道插入，之后探測器進入為期近3個月的“捕獲軌道階段”，在周期為35h的大橢圓軌道（近拱點500km，遠拱點44500km）上進行有效載荷檢測，并進行火星及火星上層大氣的初步觀測。接下來探測器進入“轉移軌道階段”，在1個月的時間內逐步提升軌道，直到進入20000km、43000km的最佳科學數據收集軌道。屆時，探測器進入為期2年的“主要科學探測階段”，完成主任務后將在相同的運行軌道上執行為期2年的擴展任務。

希望號探測器攜帶的有效載荷性能

希望號項目進程

5　啟示

目前，世界火星探測活動空前活躍，國外各大航天國家在2018、2020、2022年的發射窗口均安排了火星探測任務，包括2018年的美國洞察號火星深度鉆巖著陸器；2020年的歐俄“火星生物學2020”、美國“2020火星車”、印度曼加里安－2、阿聯酋希望號探測器；2022年的美國新型火星軌道器、日本火星衛星采樣返回器等，尤其是2020年，全球（包括中國）共將發射5個火星探測器，將成為火星探測史上發射火星探測器數量最多的一年。此外，與冷戰時期僅美蘇爭霸的格局不同，國外未來火星探測活動將由各國參與，既包括主要航天國家美國、歐洲、俄羅斯、日本、印度等，也將出現一些新興參與國，如阿聯酋、韓國等。尤其是阿聯酋提出將于2020年7月發射希望號火星探測器之后，還計劃在迪拜建立一座耗資1.36億美元的“火星科學城”，用于模擬火星上的生存環境。目前阿聯酋正積極開展希望號探測器的研發和“火星科學城”的設計工作。未來世界火星探測將呈現出多國積極參與、探測形式多樣、充分發揮各自技術優勢的全新格局。