揭秘“萤火一号”搭载“顺风车”奔火星

【据中国航天新闻网2009年8月4日报道】<p>　　我国首个火星探测器“萤火一号”目前已通过研制阶段的试验考核和验证，将转入“待发”状态，预计于2009年下半年升空，2010年到达火星并开展科学探测。</p><p>　　火星探测项目是继载人航天工程、<strong><strong>探月</strong></strong>工程之后我国又一个重大空间探索项目，也是我国首次开展的地外行星空间环境探测活动。这一项目由我国与俄罗斯合作开展。据介绍，“萤火一号”有关的探测任务，包括探测火星及其空间环境、探寻火星“水为什么消失的秘密”、揭示类地行星空间环境演化特征等，从而为我国下一步的深空探测打下基础。</p><p>　　在浩瀚的宇宙中，地球像一个孤独的孩子。太空中还有别“人”吗？从第一个仰望星空的人开始，人类就没有停止过对地外生命的探索。而火星，这个已知的和地球自然条件最接近的星球一直是人们探索目标。在俄罗斯、美国、日本、欧洲相继发射火星探测器之后，我们中国人，也要去火星上空一看究竟了！</p><p>　　<strong>“萤火一号”长着三对大“翅膀”</strong></p><p>　　“萤火一号”的个头儿小，只有110公斤，和它的美国前辈“勇气号”“机遇号”180公斤，以及计划将要发射的新型火箭车600公斤的体重相比，“萤火一号”算得上是火星探测器家族中的“轻骑兵”“小个子”。</p><p>　　它主体部分长75厘米，宽75厘米，高60厘米，两侧共有6块太阳能帆板，展开7.85米。如此小巧玲珑的身体上却长出三对大“翅膀”，只因火星上太阳光照强度低，只有地球的二分之一左右，帆板要够大才能给“萤火一号”提供充足的能量。 </p><p>　　<strong>搭火卫一的“顺风车”</strong></p><p>　　“萤火一号”如何上天，也是人们关心的问题。由于我国目前还没有独立探测火星的能力，“萤火一号”只能搭乘俄罗斯的“天顶”号运载火箭上天，与它同时上火星的还有俄罗斯的火卫一探测器“福布斯—格朗特”（亦称“福布斯—土壤”）。</p><p>　　2009年10月，“萤火一号”将会被发射上天。届时，“一箭双星”将在距地面200公里的远轨道飞行4小时，然后飞到距地面1万公里的过渡椭圆轨道做26小时的无动力飞行。之后，伴随着火箭主发动机的再次启动，“萤火一号”彻底告别地球，进入从地球到火星的双曲线轨道，和“福布斯”同甘共苦地共同飞行11个月。在联合飞行的过程中，两颗卫星通过电缆连接在一起，“萤火一号”的能量由“福布斯”供给。</p><p>　　<strong>“萤火一号”将飞行3.5亿公里</strong></p><p>　　到达火星轨道后，火箭会找一个相对合适的位置把“萤火一号”放下。这个位置非常重要，它和“萤火一号”的速度和方向共同决定了将来火星探测的起点。为什么不能是“绝对”合适呢？因为火箭上的“福布斯”还要探测火卫一，只能在探测火卫一的路上把“萤火一号”放到一个相对合适的位置。</p><p>　　“就像搭别人的顺风车，很难要求人家把你送到家门口，只能路上找个合适地方把你放下，你再自己想办法走剩下的路。”“萤火一号”项目的参与者、北京航空航天大学宇航学院徐世杰教授打了个形象的比方。</p><p>　　到2010年8月之后，两颗卫星正式分道扬镳，“福布斯”将转途去探测“火卫 1”。“萤火一号”则进入绕火星的椭圆形轨道，在“近火点”（距离火星最近的点）800公里、“远火点”80000公里、轨道倾角正负5度的火星大椭圆轨道上，展开它的太阳帆板，正式开始履行它的火星探测使命。</p><p>　　整个过程，“萤火一号”将飞行3.5亿公里。</p><p>　　<strong>探测火星附近空间环境</strong></p><p>　　“萤火一号”去火星做什么？徐世杰介绍，它的主要任务是拍照和探测火星附近空间环境，为我国下一步火星探测打基础。</p><p>　　“萤火一号”携带的行李中有几件“重型武器”：光学成像仪，将对火星和火卫一进行摄影；磁通门磁强计，测量火星上空的磁场强度、太阳辐射强度和高能粒子等等，了解火星外环境；掩星探测接收机，用“掩星法”探测火星大气层和电离层，信号从火星到达地球时，可以通过火星大气层对信号的折射作用了解火星大气的情况；等离子探测包，探测火星周围的等离子态。</p><p>　　<strong>探测火星表面水消失之谜</strong></p><p>　　火星上到底有没有生命？这是人们最想知道的问题。水是生命的象征，美国发射的着陆探测器“凤凰号”“机遇号”和“勇气号”都发现了水的痕迹。探测器一铲子下去露出了白色的物质，第二天白色痕迹消失了，这说明可能是水分蒸发了，但也有可能是干冰。目前水的痕迹发现很多，但并没有直接发现水，所以还不能最后确定火星上是否有水。</p><p>　　“萤火一号”一个重要任务是探测研究火星表面水的消失机制。</p><p>　　徐世杰说：“水是火星存在生命的必要条件，但不是充分条件。微生物会释放甲烷，所以甲烷曾被看做是微生物存在的证据。对火星生命的探测估计还会持续一段时间。”</p><p>　　<strong>面临挑战</strong></p><p>　　北京大学地球与空间科学学院焦维新教授曾说过，在航天界，火星有航天器的坟墓之称。火星探测初期有三分之二的探测器都以失败告终。</p><p>　　徐世杰证实了这个说法：“探火星风险比较大。我做过统计，到去年12月为止，人类共发射了38个火星探测器，只有20个成功。上世纪60年代初期开始的第一阶段失败尤其多。发射几小时后爆炸的、发射后失去信号的、登陆失败的……各种情况都有。而成功的定义是顺利完成撞击、飞掠、绕火、登陆等预定任务。”</p><p>　　那么，我们的“萤火一号”将要面临哪些困难呢？</p><p>　　<strong>面临-200℃的严寒考验</strong></p><p>　　“萤火一号”，面临的最大挑战就是来自火星的严寒。</p><p>　　在整个探测过程中，它将遭遇7次所谓“长火影”的长期火星阴影，时间长达8.8个小时。此时，火星将运行至探测器和太阳之间，主要依靠太阳能的“萤火一号”为了保存能量，不得不进入休眠状态。然后，它在“长火影”结束后再加电唤醒。而经过8.8个多小时的休眠，“萤火一号”的周围环境温度达到-200℃以下，过低的温度会影响机器休眠时的运行，如果机器被“冻死”，就不能在通电后 “活”过来。“‘长火影’是小家伙不得不过的一道关。”</p><p>　　<strong>遥控遥测是制约瓶颈</strong></p><p>　　“目前制约‘萤火一号’奔向火星的瓶颈还有遥控遥测，”徐世杰坦言：“‘萤火一号’拍摄照片后，如果我们无法接收这样的微弱信号，就必须将数据传给俄罗斯，再由俄罗斯传给我们。我们还没有建立像美国那样覆盖全球的深空探测网。”</p><p>　　美国沿经度方向每隔120度就设立了测控联合体，三个综合探测站分别设在西班牙的马德里郊区、澳大利亚的堪培拉附近和美国加利福尼亚一个叫金石的小城附近。依靠数个抛物面直径达到36—70米的大天线，美国科学家可以对微弱的信号进行接收和分析，获取来自外太空的数据。中国如果依靠国内建测控站，目前仅能在乌鲁木齐和佳木斯设有两个探测站，覆盖面有限，一些重大的探测活动还需与俄罗斯、欧空局合作。</p><p>　　<strong>多星定向是极大挑战</strong></p><p>　　“萤火一号”还面临着如何实现多星定向问题。徐世杰指出，多星定向是姿态控制里的难题。往地球传数据时要对地球定向；拍摄火星时仪器要对火星定向；太阳帆板还要随时对太阳定向，这对“萤火一号”的姿态控制来说是极大的挑战。这项技术是否能完美应用，等十月“萤火一号”上天后我们就能一看究竟。</p><br />