备受青睐的火星探测

最先进的人造火星卫星

经过近7个月的飞行，当今世界最先进、最大的人造火星卫星——“火星勘测轨道器”于美国东部时间2006年3月10日进入火星轨道。开始于2002年的这次飞行任务耗资7.2亿美元，其中探测器成本为4.5亿美元，是美国航宇局近30年来发射的最大、最复杂的火星探测器，也是美国航宇局在21世纪头10年内发射的最后一个火星轨道器。因为财政紧张，已迫使美国航宇局取消了一项原定在2009年发射的价值5亿美元的火星轨道器。

它携带了迄今为止最先进的太空探索装备，其成像系统分辨率是以往其它系统的6倍。该探测器能进一步研究“火星全球勘测者”探测器已发现的可能有水的区域，并从火星荒芜的表面为以后的探测工作选择安全、有科学价值的着陆点，为今后10年发射的机器人探测器登陆火星做准备。

同时，在成像任务完成之后它还将为火星着陆器中继数据，因为它配备了功能强大的高增益天线，此天线每分钟所传输的数据是目前运行的“火星全球勘测者”、“火星奥德赛”和“火星快车”3种火星轨道器所能传输数据总和的10倍，是卡西尼号土星探测器、深空-1、麦哲伦号金星探测器、“奥德赛”和“火星全球勘测者”在执行任务中传送数据总和的3倍，甚至超过以往所有行星探测器所获数据的总和。

其任务分2个阶段完成：2006年11月～2008年11月用于获取火星的科学信息，即主要勘测火星表面和地下的水资源，寻找存在生命的证据，并将为未来的载人火星探测使命寻找合适的登陆点；2008年11月～2010年12月用于数据中继，即利用该轨道器把在火星表面工作的其它探测器所获信息传回地球，因为为了减轻重量和节省能源，未来的一些火星着陆器将不配备大功率通信设备，所以难以向地球直接发送大量数据，而“火星勘测轨道器”可以为火星着陆器与地球之间提供每天2次、每次5分钟的宽带互联，并为这些火星着陆器提供导航定位和时间信号等支持。这个探测器将于2010年结束使命，但科学家们称它所携带的燃料使之足够运行到2014年。

它还将试图寻找2个因故障失踪的火星探测器，即1999年11月在火星坠毁的美国 “火星极地着陆器”和英国的猎兔犬2号着陆器。

“火星勘测轨道器”的总体设计和飞行系统的集成由洛马公司承担，但由喷气推进实验室负责项目管理。它是世界第1个采用“空气制动”减速原理来缓慢进入火星工作轨道而设计的探测器。2005年8月12日宇宙神5号火箭成功发射了“火星勘测轨道器”，把轨道器加速到11千米/秒，从而提供给轨道器从地球到火星所需所有能量。

该探测器的结构采用钛、蜂窝铝等强度很高但重量特轻的材料，能承受发射时的5g加速度；除所有系统都有备份外，在设计上还采用了“单独容错”的方式，即当某一个部件发生故障时系统仍能完成任务，所以很可靠。

其净重为1031千克，发射质量为2180千克。为了使“火星勘测轨道器”能够飞向火星，并执行一系列进入火星轨道的机动，它携带了1149千克推进剂。

从“火星勘测轨道器”的平台到所载有效载荷都是前所未有的顶级产品。例如，它的“大脑”是133兆赫兹的新一代PowerPC处理器；固态存贮器的容量达160吉比特；装有16个太阳敏感器和2个星敏感器；2个惯性测量装置分别由3个组合加速度计和3个环状激光陀螺仪组成；由4个转速为6000转/分钟的反作用飞轮控制姿态，其中1个是备份；其电源由2个太阳电池翼和2个镍氢电池提供，能经受200°C高温的太阳电池翼是空间探测任务中所使用过的最大2个，由7000个太阳能电池组成，面积为20米2，可产生32伏电压、2000瓦功率的电能，这是所需电力的2倍，能不断充电的镍氢电池可储存100安小时的电能；探测器通过散热器、加热器、隔热毡和特殊涂料进行温控，并能防御微小流星的撞击；通信分系统由1个高增益天线、2个低增益天线、3台放大器（2台100瓦的X频段放大器和1台35瓦的Ka频段放大器）和2台应答器等组成，大部分所获数据通过直径3米的高增益天线和100瓦行波管放大器用8000兆赫兹的X频段转回地球，波束较宽的低增益天线用于紧急情况时的通信。

“火星勘测轨道器”的轨道离火星表面最近。进入火星工作轨道后，它每天绕火星飞行12圈。其上科学仪器的视角为30°，幅宽5千米，359天勘测火星表面1遍。它的基本任务是进行全球性绘图、区域性测量和特殊点详查。美国每天都用2个直径34米的深空网天线接收它所传回的大约34吉比特数据（相当于6500张光盘的容量）。

“火星勘测轨道器”的功能主要体现在三个方面：一是它装备的相机可“看”清火星表面一张凳子大小的物体，精确探测火星的地形地貌，为未来登陆火星选择风险最小的地点；二是它装备的光谱仪、气候探测仪等设备，将用来探测火星大气中沙尘和水的循环，同时进一步分析火星地表的矿物；三是它装备的数据通信设备，可成为未来各种探测器与地球通信联系的中继站，有助于构建“太空互联网”。

“火星勘测轨道器”载有6套十分先进的科学仪器，它们的设计寿命为5年半，其中不少是新型科学仪器，但也有2台是从失败的“火星观察者”和“火星气候轨道器”所带的仪器而改进来的。

●高分辨率成像科学实验仪的分辨率超过以往的任何火星探测器。它用于辨别与水有关的地貌，寻找含水的或有水热活动的地点，确定火星复杂分层结构的特征，辨别或表征最适合未来着陆和取样返回的地点。它工作在可见光谱段，并可由立体成像和数字立视模式获得形态数据。其分辨率随轨道器的轨道高度不同而不同。

●背景成像仪的任务是和高分辨率成像科学实验仪、集成型火星勘测成像光谱仪同步成像，为后2台仪器所得到的数据提供更宽范围背景图像。其分辨率不高，但其幅宽比后2台仪器更大，可达40千米，用于为科学家在研究某具体岩石或者小地区的高分辨率图像时，能更好地显示出这些物体所处的环境背景。

●火星颜色成像仪的任务是对火星进行全球成像，区分出火星表面每天、每季和每年之间的气候变化，对火星的每日天气进行记录，详细研究大气层与表面以各种空间尺度和时间尺度的相互作用，检验表面特征和表面成分以及火星气候演变的矿物学。

●小型火星勘测成像光谱仪是美国航宇局火星任务采用的第1个可见光红外光谱仪。其任务是寻找组成水存在的矿物残余物和矿石，以及有可能存留有水的远古温泉、火山口、湖泊、池塘。

●火星气候探测仪的任务是探测火星大气的温度、大气中的水蒸汽和尘埃，做有助于了解目前天气和气候以及将发生的潜在变化的测量，用来了解火星的气候和天气，以及可能发生的变化。

●浅地表雷达由意大利航天局研制，其任务是在火星的浅地表下查找水的存在，确定岩石、土壤、水和冰的分布，最大探测深度可以达到1千米。

常言道，红花也要绿叶配。“火星勘测轨道器”更不例外。除了装有6套探测的科学仪器外，它还装有电子通信导航组件、光学导航相机、Ka频段通信试验组件3套工程设备以及重力场研究组件以及大气结构研究加速度计2套科学实验设备。

美国航宇局火星探测项目首席科学家迈克尔·迈尔说，“火星勘测轨道器”的首要使命是探索火星上水源的历史和分布情况，解答火星上是否诞生过生命、现在是否还存在生命、生命诞生或消失的原因等问题。此外，它探测到的火星水资源分布信息，将为未来登陆火星的航天员提供帮助。

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