火星“三兄弟”拉开年度探火大戏

2021-05-21庞之浩

知识就是力量 2021年4期

庞之浩

探测火星大气的希望号

2020年了月20日，阿联酋希望号火星探测器使用日本H-2A火箭发射升空。

希望号是阿联酋首个火星探测器，也是阿拉伯国家首个深空探测器。它是由美国提供技术支持研制的。它如同一颗火星的气象卫星，将用于全面探测火星大气，研究火星气候变化、低空天气变化和沙尘暴预报等。

希望号为箱式（近似立方体）结构，尺寸与一辆家用轿车相似，设计寿命为2年。其发射质量为1350千克，装有2副太阳电池翼、一个直径1.85米的碟形高增益定向天线和3个低增益非定向天线;装有4～6台用于轨控的120牛推力器和8～12台用于姿控的5牛推力器。

该火星探测器还配备了3台探测火星大气的科学仪器。有用于测量水冰、尘埃气溶胶的属性、臭氧含量的探索成像仪;有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丰度的火星红外光谱仪;还有用于测量热大气层、氢氧圈的全球特点和可变性的火星紫外光谱仪。

希望号于2021年2月9日进入为期近3个月的“捕获轨道阶段”，在近火点1000千米、远火点49380千米的火星大椭圆轨道（轨道周期为40小时）上检验科学载荷并进行初步观测。在此轨道上，阿联酋探索成像仪成功拍摄到火星图像并回传至地面。然后经过约6周的测试和调整，进入最终的目标轨道，开展全火星成像作业。

此后，希望号将拍摄火星全球大气图，在火星高轨道上同时观测火星低层与上层大气，获取火星大部分表面在一天的大部分时间内的影像，研究火星低层和上层大气的相互作用关系，并搜寻现在和远古的火星气候之间的联系。它还将研究火星低层大气的变化情况、上层大气中氢和氧的逃逸情况等，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。地面控制中心与希望号每周通信两次，每次6～8小时。阿联酋将与全球200多所大学和科研机构免费分享这些数据，这将为科学家构建火星大气全息模型提供第一手数据。

天问一号一举三得

中国天问一号火星探测器于2020年了月23日发射升空，2021年2月lO日到达火星轨道，之后天问一号的着陆巡视器将于2021年5月～6月在火星表面进行软着陆，候选着陆点为乌托邦平原。

中国首次火星探测计划通过一次发射实现火星环绕、着陆和巡视三项任务，这在人类火星探测史上是前所未有的，这个方式虽然效益高，但是起点高、挑战大。若成功将推动中国深空探测能力和水平实现跨越式发展，成为世界第3个在火星着陆、第2个在火星巡视的国家。

天问一号火星探测器由环绕器、着陆巡视器（进入舱和火星车）组成，总质量约5吨（含燃料）。

环绕器重3.6吨（燃料重量占总重的大部分），设计寿命1个火星年（68了个地球日）。其主要任务是拍摄中国首张火星全图;探测火星土壤类型分布和结构，探测火星表面和地下水冰;探測火星地形地貌特征及其变化;调查和分析火星表面物质成分;分析火星大气电离层并探测行星际环境。同时为火星车提供中继通信服务。

环绕器携带的了台科学仪器，分别为：①用于获取火星全球遥感影像图的中分辨率相机;②用于对着陆区和高科学价值区域成像的高分辨率相机;③用于开展火星表面次表层结构、极地区冰层探测的次表层雷达④用于探测火星表面的矿物种类、含量和空间分布情况的矿物光谱分析仪;⑤用于探测火星空间磁场环境的磁强计;⑥用于对太阳风以及火星空间离子和中性粒子的能量、通量和成分进行测量的离子与中性粒子分析仪;⑦用于获取火星空间环境中能量粒子的能谱通量和元素成分数据的能量粒子分析仪。

火星车重约240千克，用于在着陆区开展巡视探测，设计工作寿命为3个火星月（92个地球日）。其主要科学任务是探测火星巡视区表面元素、矿物和岩石类型，探测火星巡视区土壤结构并探查水冰，探测火星巡视区大气物理特征与表面环境，以及探测火星巡视区形貌和地质构造。

为此，火星车携带了6台科学仪器，分别为用于为火星车提供导航和定位依据、获取着陆区及巡视区高分辨率三维图像的导航/地形相机;用于探测火星表面物质类型分布，获取巡视区可见、近红外波段的图像的多光谱相机;用于探测巡视区次表层地质结构的次表层雷达;用于获取紫外至近红外谱段的高分辨率的光谱特征信息的表面成分探测仪;用于探测巡视区局部磁场的表面磁场探测仪：用于探测巡视区环境气温等气象环境的气象测量仪。

致力于寻找生命的毅力号

美国火星探测器于2020年了月30日发射，它由巡航级、进入下降着陆系统和毅力号火星车三大部分组成，最后只有毅力号火星车降落在火星表面工作。

毅力号火星车已于北京时间2021年2月19日早上在直径约45千米的火星杰泽罗陨坑口成功着陆，至少工作1个火星年。

毅力号火星车是在好奇号火星车的基础上改进而成的。其底盘大体不变，与1辆普通汽车大小相近，质量1025千克，比好奇号质量大126千克，并仍采用先进的“空中吊车”方式着陆和核电源技术，因而能精确着陆且不惧怕沙尘暴。

整个系统还采用了多项新技术，例如用地形相对导航装置可使火星车在进入火星大气层后着陆阶段避开危险的地形;用距离触发器提高打开降落伞的时间精度;机械臂有较大改进，“手”更大，并装有采集钻头、仪器和相机等等。

毅力号主要通过研究地形寻找古代生命存在过的印记。它携带了了台新的科学仪器：×射线岩石化学行星仪可提供比以往更详细的化学元素检测和分析能力，绘制火星表面材料的精细元素组成图;火星环境动力分析仪能测量尘埃大小和形状、风速和风向、温度和湿度以及压力;火星次表层雷达成像实验仪用于绘制地下深达10米的岩石、水、冰空间分布图，提供厘米级分辨率的地下地质结构;拉曼冷光光谱仪能对火星表面显微精细成像：超级相机用于远距离成像以及矿物学机理和化学成分分析;桅杆相机具有全景和立体成像功能，可用于鉴定火星表面的矿物学机理和协助火星车工作;火星氧元素原位资源利用实验仪用于验证火星大气中二氧化碳转变成氧气的技术。