火星“三兄弟”拉開年度探火大戲

龐之浩

探測火星大氣的希望號

2020年了月20日，阿聯酋希望號火星探測器使用日本H-2A火箭發射升空。

希望號是阿聯酋首個火星探測器，也是阿拉伯國家首個深空探測器。它是由美國提供技術支持研制的。它如同一顆火星的氣象衛星，將用于全面探測火星大氣，研究火星氣候變化、低空天氣變化和沙塵暴預報等。

希望號為箱式（近似立方體）結構，尺寸與一輛家用轎車相似，設計壽命為2年。其發射質量為1350千克，裝有2副太陽電池翼、一個直徑1.85米的碟形高增益定向天線和3個低增益非定向天線;裝有4～6臺用于軌控的120牛推力器和8～12臺用于姿控的5牛推力器。

該火星探測器還配備了3臺探測火星大氣的科學儀器。有用于測量水冰、塵埃氣溶膠的屬性、臭氧含量的探索成像儀;有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豐度的火星紅外光譜儀;還有用于測量熱大氣層、氫氧圈的全球特點和可變性的火星紫外光譜儀。

希望號于2021年2月9日進入為期近3個月的“捕獲軌道階段”，在近火點1000千米、遠火點49380千米的火星大橢圓軌道（軌道周期為40小時）上檢驗科學載荷并進行初步觀測。在此軌道上，阿聯酋探索成像儀成功拍攝到火星圖像并回傳至地面。然后經過約6周的測試和調整，進入最終的目標軌道，開展全火星成像作業。

此后，希望號將拍攝火星全球大氣圖，在火星高軌道上同時觀測火星低層與上層大氣，獲取火星大部分表面在一天的大部分時間內的影像，研究火星低層和上層大氣的相互作用關系，并搜尋現在和遠古的火星氣候之間的聯系。它還將研究火星低層大氣的變化情況、上層大氣中氫和氧的逃逸情況等，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。地面控制中心與希望號每周通信兩次，每次6～8小時。阿聯酋將與全球200多所大學和科研機構免費分享這些數據，這將為科學家構建火星大氣全息模型提供第一手數據。

天問一號一舉三得

中國天問一號火星探測器于2020年了月23日發射升空，2021年2月lO日到達火星軌道，之后天問一號的著陸巡視器將于2021年5月～6月在火星表面進行軟著陸，候選著陸點為烏托邦平原。

中國首次火星探測計劃通過一次發射實現火星環繞、著陸和巡視三項任務，這在人類火星探測史上是前所未有的，這個方式雖然效益高，但是起點高、挑戰大。若成功將推動中國深空探測能力和水平實現跨越式發展，成為世界第3個在火星著陸、第2個在火星巡視的國家。

天問一號火星探測器由環繞器、著陸巡視器（進入艙和火星車）組成，總質量約5噸（含燃料）。

環繞器重3.6噸（燃料重量占總重的大部分），設計壽命1個火星年（68了個地球日）。其主要任務是拍攝中國首張火星全圖;探測火星土壤類型分布和結構，探測火星表面和地下水冰;探測火星地形地貌特征及其變化;調查和分析火星表面物質成分;分析火星大氣電離層并探測行星際環境。同時為火星車提供中繼通信服務。

環繞器攜帶的了臺科學儀器，分別為：①用于獲取火星全球遙感影像圖的中分辨率相機;②用于對著陸區和高科學價值區域成像的高分辨率相機;③用于開展火星表面次表層結構、極地區冰層探測的次表層雷達④用于探測火星表面的礦物種類、含量和空間分布情況的礦物光譜分析儀;⑤用于探測火星空間磁場環境的磁強計;⑥用于對太陽風以及火星空間離子和中性粒子的能量、通量和成分進行測量的離子與中性粒子分析儀;⑦用于獲取火星空間環境中能量粒子的能譜通量和元素成分數據的能量粒子分析儀。

火星車重約240千克，用于在著陸區開展巡視探測，設計工作壽命為3個火星月（92個地球日）。其主要科學任務是探測火星巡視區表面元素、礦物和巖石類型，探測火星巡視區土壤結構并探查水冰，探測火星巡視區大氣物理特征與表面環境，以及探測火星巡視區形貌和地質構造。

為此，火星車攜帶了6臺科學儀器，分別為用于為火星車提供導航和定位依據、獲取著陸區及巡視區高分辨率三維圖像的導航/地形相機;用于探測火星表面物質類型分布，獲取巡視區可見、近紅外波段的圖像的多光譜相機;用于探測巡視區次表層地質結構的次表層雷達;用于獲取紫外至近紅外譜段的高分辨率的光譜特征信息的表面成分探測儀;用于探測巡視區局部磁場的表面磁場探測儀：用于探測巡視區環境氣溫等氣象環境的氣象測量儀。

致力于尋找生命的毅力號

美國火星探測器于2020年了月30日發射，它由巡航級、進入下降著陸系統和毅力號火星車三大部分組成，最后只有毅力號火星車降落在火星表面工作。

毅力號火星車已于北京時間2021年2月19日早上在直徑約45千米的火星杰澤羅隕坑口成功著陸，至少工作1個火星年。

毅力號火星車是在好奇號火星車的基礎上改進而成的。其底盤大體不變，與1輛普通汽車大小相近，質量1025千克，比好奇號質量大126千克，并仍采用先進的“空中吊車”方式著陸和核電源技術，因而能精確著陸且不懼怕沙塵暴。

整個系統還采用了多項新技術，例如用地形相對導航裝置可使火星車在進入火星大氣層后著陸階段避開危險的地形;用距離觸發器提高打開降落傘的時間精度;機械臂有較大改進，“手”更大，并裝有采集鉆頭、儀器和相機等等。

毅力號主要通過研究地形尋找古代生命存在過的印記。它攜帶了了臺新的科學儀器：×射線巖石化學行星儀可提供比以往更詳細的化學元素檢測和分析能力，繪制火星表面材料的精細元素組成圖;火星環境動力分析儀能測量塵埃大小和形狀、風速和風向、溫度和濕度以及壓力;火星次表層雷達成像實驗儀用于繪制地下深達10米的巖石、水、冰空間分布圖，提供厘米級分辨率的地下地質結構;拉曼冷光光譜儀能對火星表面顯微精細成像：超級相機用于遠距離成像以及礦物學機理和化學成分分析;桅桿相機具有全景和立體成像功能，可用于鑒定火星表面的礦物學機理和協助火星車工作;火星氧元素原位資源利用實驗儀用于驗證火星大氣中二氧化碳轉變成氧氣的技術。

簡言之，毅力號火星車有四大“絕活”：

一是將收集30塊最有希望的內部巖石和土壤（風化層）的樣本，然后放置在火星表面，待未來發射探測器把樣本帶回地球。

二是裝有23臺可實現一系列復雜功能的相機（好奇號有17臺相機），這對探測火星地質特征和潛在樣本非常有利。

三是攜帶了可將二氧化碳（占火星大氣約96%）轉化為氧氣和一氧化碳的火星氧元素原位資源利用實驗儀，這對于未來載人火星探索至關重要。

四是攜帶了一架小型無人直升機“機智號”用于技術試驗，這是人類有史以來派往外星球的第一架直升機。該直升機每次可以飛90秒，最大飛行高度5米，如果成功，它可前往漫游車難以到達的地區或生物敏感地區進行區域勘探。

探索浩瀚的宇宙是全人類的共同夢想。地球是我們唯一的家園，人類是一個整體。抵達火星上的“三兄弟”各自肩負著不同的任務使命，為了全人類的未來而團結一致，不懈努力著。未來，火星將傳來什么樣的消息？讓我們拭目以待！