阿联酋希望号火星探测器

张扬眉（北京空间科技信息研究所）

阿联酋计划于2020年7月发射其首个火星探测器——希望号（Hope），这将是阿拉伯国家的首个深空探测器。希望号探测器将采用日本的H－2A运载火箭从日本种子岛航天中心发射，将于2021年到达火星开始探测活动，探测目标是环绕火星研究火星大气和气候。

1　项目背景

2014年7月，阿联酋宣布将成立阿联酋航天局，并着手进行火星探测任务，待希望号探测器到达火星之时，以庆祝阿联酋成立50周年。阿联酋总统哈利法·本·扎耶德·阿勒纳哈扬指出，阿联酋的火星探测任务将标志着伊斯兰世界开始进入太空探索领域，并证明阿联酋有能力为人类作出科学贡献。该任务也是阿联酋发展空间技术的一项战略举措和转折点，旨在促进国家经济的发展，可推动阿联酋科学与技术部门的发展，提高阿联酋的空间探测能力，也可增加阿联酋对于国际科学界的贡献。2014年9月，阿联酋颁布2014年1号总统令，阿联酋航天局正式成立。2014年10月，阿联酋航天局与穆罕默德本·拉希德航天中心（MBRSC）签署希望号火星探测项目协议。2016年11月2日，阿联酋副总统兼总理、迪拜酋长穆罕默德·本·拉希德·阿勒马克图姆在考察穆罕默德·本·拉希德航天中心时正式批复了阿联酋希望号火星探测器的最终设计方案。希望号项目经理奥姆兰·沙瑞夫（Omran Sharaf）表示，该项目将为阿联酋培养出新一代行星科学家。此外，他也希望海湾地区能更多地关注科学，以应对后石油经济时代的挑战。他说：“该项目也许就是改变的催化剂，是迈出的第一步。”

希望号项目由穆罕默德·本·拉希德航天中心管理、研制和运行，美国科罗拉多大学大气与空间物理实验室（LASP）、亚利桑那州立大学（ASU）地球与空间探索系、加州大学伯克利分校空间科学实验室（SSL）与阿联酋合作研制探测器携带的有效载荷，并联合进行数据分析等活动。日本三菱重工业有限公司将提供H－2A运载火箭发射服务。

希望号的项目团队分为7个小组，分管航天器、后勤、任务运行、项目科学教育与扩展、地面站和运载火箭等领域。目前有75位阿联酋工程师参与该项目，到2020年前，参与项目的阿联酋工程师将达到150名。其中奥姆兰·沙瑞夫担任项目经理，莎拉·阿米里（Sarah Amiri）担任项目副经理。

2　科学目标

希望号任务的科学目标是对火星大气和气候进行研究，并将拍摄火星全球大气图，研究火星低层和上层大气的相互作用关系，并搜寻现在的火星天气和远古的火星气候之间的联系。

一直以来，人们对于火星的探测数据来自有限的数十个火星探测器的探测结果，缺乏对于火星大气的昼夜连续观测数据，因此无法对火星大气的昼夜变化情况进行研究，也无法对火星低、中层大气的能量向上层大气转移的机制进行研究。希望号探测器能够在高轨道上同时观测火星低层和上层大气，获取火星大部分表面在一天的大部分时间内的影像，从而研究火星全球大气循环、温度结构、水冰云层、水蒸气和尘埃的分布和相互作用。此外，希望号探测器还将研究火星低层大气的变化情况、上层大气中氢、氧的逃逸情况等，以揭示原本火星表面可维持液态水存在的浓密大气在几十亿年的时间内变得稀薄的原因。

希望号任务将搜集超过1000GB的火星数据，并由阿联酋科学家对这些数据进行深入研究，之后向全球公布研究结果。

3　探测器性能与参数

希望号探测器本体为六棱柱构型，材料为轻型铝制蜂窝板，发射质量为1500kg，探测器直径2.37m，高2.90m。3副可扩展600W太阳电池翼，1.5m碟形高增益（定向）天线，非定向低增益天线。在距离地球最近的火星轨道上的数据带宽为1.6Mbit/s，4～6个120N推力器，8～12个5N推力器。探测器预计寿命为2年，主任务完成后可能再进行为期2年的扩展任务。

希望号探测器将携带3种有效载荷，即阿联酋探索成像仪（EXI）、阿联酋火星红外光谱仪（EMIRS）、阿联酋火星紫外光谱仪（EMUS）。其中，阿联酋探索成像仪用于测量水冰、尘埃气溶胶的属性，并测量火星大气中臭氧的含量；阿联酋火星红外光谱仪用于测量全球热结构以及水冰、火星大气中的水蒸气和尘埃的丰度；阿联酋火星紫外光谱仪用于测量热大气层、氢氧圈的全球特点和可变性。这3台仪器分别在可见、红外和紫外波长拍摄火星图像。

4　希望号任务过程

希望号计划于2020年7月由日本H－2A运载火箭从日本种子岛航天中心发射。在为期7个月的“巡航阶段”，探测器将进行有效载荷检测和校准工作。2021年初，探测器将接近火星，利用推力器减速并进行火星轨道插入，之后探测器进入为期近3个月的“捕获轨道阶段”，在周期为35h的大椭圆轨道（近拱点500km，远拱点44500km）上进行有效载荷检测，并进行火星及火星上层大气的初步观测。接下来探测器进入“转移轨道阶段”，在1个月的时间内逐步提升轨道，直到进入20000km、43000km的最佳科学数据收集轨道。届时，探测器进入为期2年的“主要科学探测阶段”，完成主任务后将在相同的运行轨道上执行为期2年的扩展任务。

希望号探测器携带的有效载荷性能

希望号项目进程

5　启示

目前，世界火星探测活动空前活跃，国外各大航天国家在2018、2020、2022年的发射窗口均安排了火星探测任务，包括2018年的美国洞察号火星深度钻岩着陆器；2020年的欧俄“火星生物学2020”、美国“2020火星车”、印度曼加里安－2、阿联酋希望号探测器；2022年的美国新型火星轨道器、日本火星卫星采样返回器等，尤其是2020年，全球（包括中国）共将发射5个火星探测器，将成为火星探测史上发射火星探测器数量最多的一年。此外，与冷战时期仅美苏争霸的格局不同，国外未来火星探测活动将由各国参与，既包括主要航天国家美国、欧洲、俄罗斯、日本、印度等，也将出现一些新兴参与国，如阿联酋、韩国等。尤其是阿联酋提出将于2020年7月发射希望号火星探测器之后，还计划在迪拜建立一座耗资1.36亿美元的“火星科学城”，用于模拟火星上的生存环境。目前阿联酋正积极开展希望号探测器的研发和“火星科学城”的设计工作。未来世界火星探测将呈现出多国积极参与、探测形式多样、充分发挥各自技术优势的全新格局。