阿聯(lián)酋希望號探測器抵達火星

王帥 郭文博 李鵬

（1北京空間科技信息研究所 2中國空間技術(shù)研究院發(fā)展計劃部）

北京時間2021年2月9日23：57，阿聯(lián)酋希望號（Hope）火星探測器成功進入火星環(huán)繞軌道。此次火星探測任務(wù)不僅使阿聯(lián)酋成為西亞首個、全球第五個成功實現(xiàn)火星環(huán)繞探測的國家，同時在阿聯(lián)酋外交、促進男女平等、人才培養(yǎng)等方面發(fā)揮了重要作用，推動了阿聯(lián)酋基于知識的經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略。

1 任務(wù)基本情況

“阿聯(lián)酋火星任務(wù)”（EMM）是阿聯(lián)酋的首個火星探測任務(wù)，任務(wù)探測器名為希望號。任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)是研究火星大氣和氣候，提供對火星大氣的全面了解。

希望號探測器發(fā)射質(zhì)量約為1350kg，寬度約2.37m，高約2.9m。探測器的有效載荷包括用于獲得高分辨率彩色圖像的“阿聯(lián)酋探索成像儀”（EXI），用于監(jiān)測大氣中溫度分布、冰和水蒸氣的“阿聯(lián)酋火星紅外光譜儀”（EMIRS），以及用于研究火星高層大氣并跟蹤氧和氫逃逸至太空的“阿聯(lián)酋火星紫外光譜儀”（EMUS）。

2020年7月20日，希望號探測器搭乘H-2A運載火箭從日本種子島航天中心（TNSC）發(fā)射升空。發(fā)射后，探測器首先進入地球停泊軌道，等待對準(zhǔn)火星的時機，之后由火箭上面級將其送入火星轉(zhuǎn)移軌道。

為了符合行星保護規(guī)定，希望號探測器在發(fā)射后進入的初始轉(zhuǎn)移軌道并不直接瞄準(zhǔn)火星，直到確認(rèn)探測器性能正常之后，才通過軌道校正機動進入對準(zhǔn)火星的軌道，以減少意外撞擊火星表面并造成污染的可能性。8月17日，探測器的6臺推進器首次點火，完成第一次軌道校正機動（TCM 1），探測器開始朝火星飛行。

經(jīng)過近7個月的飛行，希望號探測器于2021年2月9日抵達火星附近，實施火星軌道插入機動。推進器持續(xù)點火約27min，于北京時間2021年2月9日23：57將探測器送入火星初始捕獲軌道。11min后，來自探測器的信號確認(rèn)軌道插入成功。在火星捕獲軌道上，探測器需要再次調(diào)試并測試儀器，之后通過機動轉(zhuǎn)移至科學(xué)探測軌道。

希望號探測器的科學(xué)探測軌道為20000km×43000km，軌道周期為55h，傾角為25°，近火點位于赤道附近。該軌道允許探測器繪制有史以來第一張全天候的火星全球大氣動力學(xué)和天氣圖像。希望號探測器計劃從2021年5月開始進行為期1個火星年（687天，約2個地球年）的科學(xué)運行，并有可能將科學(xué)研究時限擴展到2025年。

2 任務(wù)特點分析

通過國際合作實現(xiàn)能力快速提升

1）整個火星探測器基本由美國研究機構(gòu)幫助研制。阿聯(lián)酋采用了一種新穎的研制方法，即與具有長期深空探測經(jīng)驗的團隊進行合作，避免本土開發(fā)技術(shù)花費過長的時間。同時，與直接購買相比，這種合作方式可以培養(yǎng)本國的人才、快速構(gòu)建深空探測能力。阿聯(lián)酋與美國的研究機構(gòu)開展了深度合作，穆罕默德·本·拉希德航天中心（MBRSC）負(fù)責(zé)對探測器設(shè)計、開發(fā)和發(fā)射的各個階段進行執(zhí)行和監(jiān)督，而科羅拉多大學(xué)博爾德分校（CU－Boulder）的大氣與空間物理實驗室負(fù)責(zé)建造探測器，大氣與空間物理實驗室和亞利桑那州立大學(xué)（ASU）牽頭進行有效載荷的研制。阿聯(lián)酋任務(wù)團隊全程深度參與了希望號探測器的設(shè)計與研制，以及后續(xù)的發(fā)射和運行，但很難說希望號探測器由阿聯(lián)酋自主建造，整個探測器以及核心的3個有效載荷全部由美國的研究機構(gòu)研制，阿聯(lián)酋團隊通過參與研制獲得了培訓(xùn)和經(jīng)驗。

2）發(fā)射運營方面廣泛借助美國和日本的現(xiàn)有能力。希望號探測器由日本的H-2A火箭發(fā)射，阿聯(lián)酋與發(fā)射提供商三菱重工有限公司（MHI）簽署的協(xié)議屬于阿聯(lián)酋與日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)（JAXA）簽署的更廣泛合作協(xié)議的一部分。EMM任務(wù)的地面運營部分也大量借助了美國國家航空航天局（NASA）以及美國院校和公司的能力。任務(wù)運行中心（MOC）位于穆罕默德·本·拉希德航天中心，任務(wù)支持設(shè)施（MSF）位于大氣與空間物理實驗室用作冗余操作能力，任務(wù)支持設(shè)施能夠執(zhí)行任務(wù)運行中心的幾乎全部功能。地面通信網(wǎng)完全依托于NASA的深空網(wǎng)（DSN），任務(wù)軌道設(shè)計、科學(xué)操作事件列表由美國先進航天公司（Advanced Space）負(fù)責(zé)，導(dǎo)航則由美國KinetX航空航天公司（KinetX Aerospace）負(fù)責(zé)。

3）科學(xué)研究方面強調(diào)合作以及增進人類對火星的認(rèn)知。EMM任務(wù)非常關(guān)注科學(xué)探索，將其視為一次科學(xué)任務(wù)而不是一次技術(shù)驗證任務(wù)，這一點與印度的“曼加里安”（Mangalyaan）火星探測任務(wù)、以色列的“創(chuàng)世紀(jì)”（Beresheet）月球探測任務(wù)存在較大不同。EMM任務(wù)團隊致力于與全球火星科學(xué)界共同研究其他任務(wù)尚未解決的關(guān)鍵問題。為了保障EMM成為一項可行的具有科學(xué)價值的任務(wù)，阿聯(lián)酋團隊聯(lián)系了NASA召集的火星探測計劃分析小組（MEPAG），該小組匯集了國際火星科學(xué)團隊，對于未來火星探測的目標(biāo)達成了共識。MEPAG梳理了當(dāng)前4個主要目標(biāo)：①確定火星是否曾經(jīng)支持或仍能支持生命；②了解火星氣候的過程和歷史；③了解火星作為地質(zhì)系統(tǒng)的起源和演變；④為載人火星探索做準(zhǔn)備。EMM任務(wù)的科學(xué)和研究目標(biāo)主要與前述目標(biāo)2有關(guān)，即探索火星的天氣和大氣，對當(dāng)前其他任務(wù)形成補充，以最大化科學(xué)收益，擴展人類知識。

強調(diào)人才培養(yǎng)和女性參與，推動基于知識的發(fā)展戰(zhàn)略

1）推動了科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)（STEM）學(xué)科的發(fā)展。EMM任務(wù)承載了阿聯(lián)酋發(fā)展航天的決心和希望。阿聯(lián)酋期望通過此次任務(wù)的實施，推動其基于知識的經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略，促進經(jīng)濟的多元化發(fā)展。EMM任務(wù)正在幫助激發(fā)阿聯(lián)酋人民對于STEM學(xué)科的興趣。阿聯(lián)酋的大學(xué)生傾向于學(xué)習(xí)工程或商業(yè)，僅有不到5%的人攻讀包括醫(yī)學(xué)在內(nèi)的基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)位或博士學(xué)位。過去幾年，阿聯(lián)酋的數(shù)所頂級大學(xué)開設(shè)了天文學(xué)、物理學(xué)和其他基礎(chǔ)科學(xué)的新學(xué)位課程，培養(yǎng)科學(xué)技術(shù)研究人才。阿聯(lián)酋大學(xué)STEM學(xué)科的入學(xué)率每年以12%的速度快速增長，是整體入學(xué)率增速的六倍。穆罕默德·本·拉希德航天中心的工作人員從最初的70人增加至200多人，該中心定期派遣人員到國外交流，并接待大學(xué)研究實習(xí)生。阿聯(lián)酋正在全面推進研究人才的培養(yǎng)，改變重工程和技術(shù)而忽視研究的現(xiàn)狀，而EMM任務(wù)成為實現(xiàn)這一目標(biāo)的重要推手。

2）鼓舞女性投身于熱愛的事業(yè)。阿聯(lián)酋是阿拉伯國家中性別平等指數(shù)最高的國家，女性在所有畢業(yè)生中占比約70%，在STEM學(xué)科畢業(yè)生中占比約56%，遠(yuǎn)高于世界平均水平。女性在阿聯(lián)酋接受高等教育的熱情更高。盡管如此，女性在阿聯(lián)酋勞動力中的占比仍較低，僅為28%。阿聯(lián)酋希望改變女性工作比例較低的情況，目前，其2/3的政府雇員和1/4的部長為女性。同樣，EMM任務(wù)重視女性參與，整個任務(wù)團隊中女性占比達34%，各項目組負(fù)責(zé)人中有半數(shù)副職由女性擔(dān)任，科學(xué)團隊中女性比例高達80%。任務(wù)的科學(xué)負(fù)責(zé)人莎拉·阿來里（Sarah AI Amiri）也為女性，同時擔(dān)任著阿聯(lián)酋先進科學(xué)部部長。EMM任務(wù)的成功，不僅將激發(fā)年輕一代對科學(xué)的興趣，還將鼓舞更多女性投身于自己熱愛的事業(yè)。

3）推動由石油大國向知識驅(qū)動型經(jīng)濟體轉(zhuǎn)型。對于阿聯(lián)酋而言，EMM任務(wù)的驅(qū)動器并非太空，而是經(jīng)濟，空間科學(xué)探索的目標(biāo)只能排在第二位。面對經(jīng)濟和環(huán)境挑戰(zhàn)，阿聯(lián)酋希望EMM任務(wù)能夠通過鼓勵研究基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)位課程，以及激勵整個阿拉伯國家年輕人，加速其向知識經(jīng)濟的轉(zhuǎn)型。石油和基礎(chǔ)設(shè)施項目曾幫助阿聯(lián)酋成為全球商業(yè)、航運和旅游樞紐，以及全球人均最富有的國家之一。但旅游行業(yè)容易受到全球經(jīng)濟影響，且近年來石油枯竭、水資源短缺等問題日益凸顯，阿聯(lián)酋急需發(fā)展新的經(jīng)濟驅(qū)動力量。由于阿聯(lián)酋一貫高薪的政府工作以及對公民的慷慨補貼，一直以來該地區(qū)初創(chuàng)企業(yè)、私營機構(gòu)或研究機構(gòu)的工作吸引力不強。正是在此背景下，阿聯(lián)酋政府提出了利用火星探測任務(wù)創(chuàng)造科學(xué)工作，并激發(fā)年輕的阿聯(lián)酋人民投身科研的熱情。阿聯(lián)酋認(rèn)為知識驅(qū)動型經(jīng)濟是最可持續(xù)的經(jīng)濟發(fā)展模式，并且太空資源將是未來各國爭搶的重要資源。EMM任務(wù)作為阿拉伯國家第一個行星際探測任務(wù)，在阿聯(lián)酋掀起了科學(xué)熱潮；還幫助升級阿聯(lián)酋的科學(xué)設(shè)施和基礎(chǔ)設(shè)施，構(gòu)建阿聯(lián)酋開展重大科研項目和任務(wù)的基礎(chǔ)。

3 小結(jié)

阿聯(lián)酋首個火星探測器成功抵達火星并進入了火星環(huán)繞軌道，使阿聯(lián)酋成為了繼美國、蘇聯(lián)/俄羅斯、歐洲、印度之后第五個將探測器送入火星環(huán)繞軌道的國家。阿聯(lián)酋通過國際合作的方式推動了航天技術(shù)能力的快速提升，更重要的是通過任務(wù)的開展，促進了基于知識的發(fā)展戰(zhàn)略。借助于火星探測任務(wù)的巨大影響力，阿聯(lián)酋正在推動人民觀念上的轉(zhuǎn)變，使其更加重視科技發(fā)展，激發(fā)年輕人投身科研、鼓舞女性投身事業(yè)。此次火星探測任務(wù)對于阿聯(lián)酋后續(xù)發(fā)展知識驅(qū)動型經(jīng)濟發(fā)揮了巨大作用。