人类对火星的探测(图)

　　火星是自然环境最接近地球的行星，所以被认为是最适合人类移民的星球。近百年来，科学家们对这颗红色的星球进行了种种猜测，人们幻想着火星上布满蔚蓝色的大海、纵横交错的河流、郁郁葱葱的深蓝色的植物，甚至还有火星人等，飞往火星是人类多年的愿望。火星探测的主要目的是探索天体的演化过程，寻找生命存在的证据，进而揭示生命的起源。经过几十年的努力，人类已经对火星有了一定的了解，如它的直径约为6800km，质量约为地球的1/10，火星表面温度随季节和昼夜变化较大，在-80°C到+20°C之间，火星表面被沙漠和岩石覆盖，两极存在大量的冰，火星存在微弱的磁场和稀薄的大气，每年有几个月连续的沙尘暴等等。然而这些了解还是很初步的，揭开火星之谜还需要人类不懈的努力。
　　前苏联于1960年10月10日发射了世界上第一个火星探测器“Marsnik -1”，美国也于1964年11月5日发射了 “水手-3”号火星探测器，但是都没有成功。1964年11月28日美国的“水手-4”成功地实现了人类历史上第一次火星飞越，而前苏联于1971年5月28日发射的“火星-3”号实现了第一次火星软着陆，不过由于遇上了尘暴，在着陆后仅仅20秒，着陆器上的仪器就停止了工作。截止到2001年底，人类共发射了31个火星探测器。其中美国14个，前苏联（包括俄罗斯）16个，日本1个。在发射成功的15个火星探测器中，有美国9个，前苏联6个。其中飞越火星5个，火星轨道器6个，火星着陆4次（1次有火星漫游车）。从1960年至1975年期间，美国先后发射了“水手”系列和“海盗”系列探测器，前苏联则发射了“火星”系列探测器，并发射了“探测器-2”、“Sputnik-22”、“Sputnik-24”、“宇宙-419”探测器。
                     

图1 “海盗”号着陆器

　　1992年9月25日，美国发射了“火星观测者”轨道器，揭开了新一轮火星探测的序幕。然而该探测器在预计入轨的前三天与地面联系中断。此后美国先后发射了“火星全球勘探者”、“火星探路者”、“火星气候轨道器”、“火星极地着陆器”和“火星奥德赛”。但只有“火星全球勘探者”、“火星探路者”和“火星奥德赛”获得了成功。其中“火星气候轨道器”于1998年12月11日发射，1999年9月23日到达火星，由于一个导航错误使它进入了火星大气层，被加热烧毁。“火星极地着陆器”于1999年1月3日发射，12月3日到达火星轨道，但飞行器在进入火星大气之前就和地面失去了联系，至今下落不明。俄罗斯在1996年发射了“火星96”探测器，但在发射4小时后坠入太平洋。日本于1998年发射了“希望”号火星轨道器，然而没能进入火星轨道，现在正围绕太阳运行。
　　1996年11月7日，美国发射了“火星全球勘测者”轨道器，1997年12月12日进入火星轨道。发射质量1030.5 kg，在轨干质量629 kg，运行在378km的太阳同步轨道，并首次利用太阳帆板提供阻力进行了气动刹车。“火星全球勘测者”的任务是利用高分辨率成像系统绘制火星表面图，研究火星地形和重力场，测定火星表面和火星大气中的水和灰尘，研究火星的天气和气候、火星表面和火星大气的组成、火星磁场的存在和发展，也为后续的探测器提供中继服务。所携带的仪器包括，分辨率为1m的火星轨道摄像机：用于绘制火星表面图，热散射光谱仪：用于测量火星上目标散发能量的红外线谱，从而可以研究岩石、土壤、大气尘埃、云和冰的组成，火星轨道激光测高仪：组合其测量信息可以得到火星表面地形图；无线电科学仪器：通过对无线电信号的多谱勒变化来确定火星的重力场； 磁强计：用于监测火星的磁场，并确定磁场的强度和方向。“火星全球勘探者”传回的数据显示火星两极存在大量的冰，甚至可能有液态的水，这预示着生命存在的可能性。
                     

图2 “火星探路者”着陆器

　　1996年12月4日，美国发射了“火星探路者”着陆器（见图2），1997年7月4日到达火星。着陆器质量为264kg, 并携带一个质量为10.5kg的“旅居者”漫游车。
　　“火星探路者”的主要任务是研究低价火星表面探测的可行性，并检验火星漫游车和着陆器间的通讯、着陆器和地球间的通讯、成像设备和敏感器的性能，研究进入火星大气的技术、绘制长期的与详细的火星表面图，为进一步勘探火星提供环境特征，还包括对岩石和土壤进行分析等任务。
　　这是第一个使用“半软着陆”技术的火星探测器，它借助于降落伞、减速火箭和气囊直接进入了火星大气层,在降落途中进行大气测量。火星探路者以18m/s的速度撞击了火星表面,在撞击后跳跃了15次而且滚动2.5分钟，最后稳定在离初始撞击点约1km的位置。着陆器被包在三个三角形的太阳帆板内，着陆完成后帆板打开。“旅居者”漫游车有六个轮，由地面操作系统根据漫游车和着陆器获得的图像来控制漫游车，控制时间迟后约10分钟。漫游车的运动范围距着陆器10m左右，设计寿命是7个火星日，实际工作了两个多月，并发回了16550张彩照、15份火星土壤和岩石化学成分分析结果及大量的气候、风力、风向等测量数据，当年9月27日与地面通讯联系中断。
　　日本于1998年7月3日发射了“希望”号火星轨道器,发射质量540kg,在轨干质量258kg。发射后进入340 x 400,000 km的椭圆地球轨道。原计划于1999年10月11日进入火星轨道，由于推力器问题，使它错过了到达火星的时间，现在只剩下少量燃料。该飞行器正在椭圆轨道上绕太阳飞行，等待下次同火星相遇。它将在2003年12月再次与火星相遇并入轨。
               

图3 “火星奥德赛”轨道器

　　2001年4月7日，美国发射了“火星奥德赛”轨道器（见图3），当年10月23日晚成功进入火星轨道，并于10月30日传回了第一幅图像。轨道器主体是2.2mx1.7mx2.6m的箱型结构。轨道器分成两个舱,上级为设备舱,下级是推进舱。一个可展开的6米长的梁支承伽马射线分光仪的敏感器头。发射质量为725.0kg，在轨干质量为376.3kg。
　　“火星奥德赛”的任务是收集数据，确定火星环境是否适合生命的存在,提取火星的气候和地质特征,研究可能对未来的宇航员构成潜在威胁的射线，并在轨道上对火星表面进行详细的矿物学分析和放射性环境的测量。这个轨道器将作为“火星2003漫游车”和可能的其他任务的通讯中继星，从轨道上收集数据的工作直到2004年7月，然后继续作为通讯中继星一直工作到2005年10月。 （央视国际）

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