火星探測

火星探測

火星是太陽系八大行星之一,按離太陽由近及遠的次序排列為第四顆。在太陽系八大行星之中,火星也是除了金星以外,距離地球最近的行星。大約每隔26個月就會發生一次火星沖日,地球與火星的距離在沖日期間會達到極近值,通常隻有不足1億千米,而在火星發生大沖時,這個距離甚至不足6000萬千米。火星沖日意味著這時可以使用較小花費將探測器送往火星,所以人類的火星探測活動通常也會每隔26個月出現一次高潮。火星探測是指人類通過向火星發射空間探測器,對火星進行的科學探測活動。

  • 中文名稱
    火星探測
  • 火星
    太陽系八大行星之一
  • 火星自轉周期
    24小時37分
  • 1960年
    前蘇聯向火星發射了第一枚探測器
  • 1964年
    美國向火星發射探測器成功
  • 2011年
    中、俄探測器搭乘俄火箭發射升空

簡介

火星是太陽系八大行星之一,按離太陽由近及遠的次序排列為第四顆。在太陽系八大行星之中,火星也是除了金星以外,距離地球最近的行星。大約每隔26個月就會發生一次火星沖日,地球與火星的距離在沖日期間會達到極近值,通常隻有不足1億千米,而在火星發生大沖時,這個距離甚至不足6000萬千米。火星沖日意味著這時可以使用較小花費將探測器送往火星,因此人類的火星探測活動通常也會每隔26個月出現一次高潮。

NASA公布的NASA公布的

到目前為止,火星是除了地球以外人類了解最多的行星,已經有超過30枚探測器到達過火星,它們對火星進行了詳細的考察,並向地球發回了大量資料。同時火星探測也充滿了坎坷,大約三分之二的探測器,特別是早期發射的探測器,都沒有能夠成功完成它們的使命。但是火星對于人類卻有一種特殊的吸引力,因為它是太陽系中最近似地球的天體之一。火星赤道平面與公轉軌道平面的交角非常接近于地球,這使它也有類似地球的四季交替,同時,火星的自轉周期為24小時37分,這使火星上的一天幾乎和地球上的一樣長。

歷史

60年代

人類使用空間探測器進行火星探測的歷史幾乎貫穿整個人類航天史。幾乎就在人類剛剛有能力掙脫地球引力飛向太空的時候,第一個火星探測器也開始了它的旅程。最早期的探測器幾乎都失敗了,而火星探測也就是在一次又一次的失敗中不斷前進。

1960年10月10日,前蘇聯向火星發射了第一枚探測器。緊接著就在四天以後,即1960年10月14日第二枚火星探測器升空。然而這兩枚火星探測的先行者卻連地球軌道都沒能到達。

1962年10月24日,當火星又一次運行到合適的位置時,前蘇聯的第三枚火星探測器升空了,然而這次它也是僅僅到達了環繞地球軌道而已。1962年11月1日,前蘇聯向火星發射了火星1號,這枚探測器成功進入了前往火星的軌道,並且計畫于1963年6月19日到達火星,然而當1963年3月21日它飛行到距離地球1.06億千米的距離時,卻與地面永遠失去了通信聯系。三天以後,即1963年3月24日前蘇聯的又一枚探測器升空,這枚探測器同樣面臨著失敗的命運,僅僅到達環繞地球軌道,此後火箭未能再次成功點火,兩個月後墮入地球大氣層燒毀。

1964年,美國也先後向火星發射了兩枚探測器:水手3號和水手4號。水手3號于12月5日發射升空,是美國發射的第一枚火星探測器,然而探測器的保護外殼未能按預定計畫成功與探測器分離,導致探測器偏離軌道,最終導致發射失敗。水手4號于12月28日發射升空,這是有史以來第一枚成功到達火星並發回資料的探測器,水手4號于1965年7月14日在火星表面9800千米上空掠過火星,向地球發回了21張照片,此後又在環繞太陽軌道上花費三年時間對太陽風進行探測。水手4號發回的資料表明火星的大氣密度遠比此前人們認為的稀薄。

前蘇聯也于1964年11月30日再次向火星發射了探測器,但是這枚探測器再次以失敗告終,它雖然最終到達了火星附近,但是卻沒有能夠向地球發回任何資料。1969年美國向火星發射了水手6號和水手7號。前者于2月24日發射升空,7月31日抵達火星。後者于3月27日發射升空,8月5日抵達火星。這兩枚探測器攜帶有更先進的儀器和通訊設備,它們成功掠過火星,對火星大氣成分進行分析,並發回了大量照片。

火星探測火星探測

前蘇聯也于1969年向火星發射了兩枚探測器,然而這次甚至比此前的情況更加糟糕,第一枚探測器在發射後7分鍾因發動機故障發生爆炸,而另一枚探測器發射後不到1分鍾就墜向了地面。

70年代

1971年,美國向火星發射了兩枚探測器,嘗試進入火星軌道,環繞火星飛行,以獲取火星的高清晰照片。5月8日,水手8號發射升空,幾分鍾後因火箭故障墜入了大西洋。5月30日,水手9號發射升空,這是有史以來第一枚成功進入環繞火星軌道的探測器,取得了空前的成功。水手9號于1971年11月14日到達火星,在火星軌道上工作了將近一年之久,發回了7329張照片,覆蓋了火星表面超過80%的部分,同時還對火星的兩顆衛星進行了探測。前蘇聯在1971年向火星發射了三枚探測器。第一枚探測器于5月10日發射,包括一個軌道器和一個著陸器,嘗試在火星表面著陸,但實際上它僅僅到達了環繞地球軌道,按照計畫,探測器應該在地球軌道上停留1.5小時,然後點火向火星進發,但是由于失誤,結果它的計時器要等上1.5年向火箭發出這個點火指令,這枚探測器後來被稱為宇宙419號,因為前蘇聯事後否認這枚探測器將要前往火星。火星2號和火星3號是前蘇聯當年發射的另外兩枚火星探測器,與宇宙419號的設計幾乎完全相同,分別于5月19日和5月28日發射升空,火星2號著陸器于12月27日到達火星後不久便與地球失去了聯系,軌道器運行了約8個月,而火星3號的軌道器沒有成功,但是其著陸器卻成為了有史以來第一個成功在火星表面著陸的探測器,雖然它僅僅火星上工作了大約20秒,甚至沒能發回一張完整的照片就永遠與地球失去了通信聯系。

火星探測-火星車火星探測-火星車

前蘇聯在1973年連續向火星發射了四枚探測器,但是都沒有完成它們的探測任務。火星4號于1973年7月21日發射升空,火星5號于1973年7月25日發射升空,它們分別于1974年2月10日和1974年2月12日到達火星附近,火星4號沒能成功進入環繞火星軌道,而火星5號則在進入環繞火星軌道拍到世界第一張火星彩照後停止工作。火星6號和火星7號都攜帶有軌道器和著陸器,它們分別于1973年8月5日和1973年8月9日發射升空,然後分別于1974年3月12日和1974年3月9日到達火星附近,火星6號的著陸器成功進入了火星大氣層並開啟了降落傘,然後就丟失了,而火星7號甚至還沒進入環繞火星軌道就丟失了。

80年代

以火衛一的名字命名的福波斯1號和福波斯2號探測器分別于1988年7月7日和1988年7月12日發射升空,這是繼1973年失敗後,前蘇聯又一個火星探測計畫。然而盡管相隔15年之久,這兩顆探測器依然沒能逃脫失敗的命運,福波斯1號于1988年9月2日在飛往火星的途中失去聯系,而福波斯2號則在1989年3月27日探測器進入環繞火星軌道後不久與地球失去了通信聯系,它所攜帶的著陸器也因此沒能在火星表面著陸。

90年代

經過多次延後,美國的火星觀察者探測器于1992年9月25日發射升空,開始了它前往火星的旅程。一切似乎進展得相當順利,然後就在它幾乎就要到達火星的1993年8月21日,當準備點火進入環繞火星軌道時,與地球失去了通信聯系。

1996年12月7日,美國的火星環球勘測者探測器發射升空,這枚探測器持續運作了10年,最後在2006年11月5日失去訊號聯絡,它是最成功的火星探測任務之一。

1996年12月16日,俄羅斯發射了火星96號探測器,探測器進入地球軌道後未能成功點火進入前往火星的軌道,不久後在墜入太平洋而宣告失敗。

1998年底和1999年初發射的四枚探測器最終都以失敗告終,包括日本的希望號探測器、美國的火星氣候軌道器、火星極地登入者和深空2號。

2000年

2001年4月7日:美國發射"奧德賽"火星探測器,目前仍在火星軌道運行,測試火星的地質和氣候,嘗試尋找火星上生命和水的跡象。2002年,"奧德賽"發現火星表面和近地表層中可能有豐富的冰凍水,但這一問題目前存在爭議。

2003年6月2日,歐洲航天局的"火星快車"探測器發射升空。

2003年6月10日,攜帶"勇氣"號火星車的美國"火星探測流浪者"號探測器發射升空。

2003年7月7日,"勇氣"號的孿生兄弟"機遇"號火星車發射升空。

2004年1月14日,美國總統喬治·W·布希宣布,爭取在2020年後以月球為基地把人送上火星。

2004年1月23日,歐洲航天局宣布,"火星快車"探測器發現火星南極存在冰凍水。這是人類首次直接在火星表面發現水。

2007年2月25日,歐洲航天局的"羅塞塔"彗星探測器靠近火星飛行,順利完成利用火星引力調整飛行速度和軌道的任務。

2008年1月,俄羅斯空間研究所宣布,爭取在2025年前把一名俄羅斯宇航員送上火星。

遠征火星

美國宇航局擬訂了載人登入火星的新計畫,打算在2031年2月派宇航員遠征火星。同為太陽系八大行星之一,火星與地球相鄰,離地球最近距離約5500萬公裏。按照美國宇航局的新計畫,重達400噸的載人飛船從地球飛到火星,將需六七個月的時間,加上在火星停留及返回,整個過程約需30個月。

載人飛船將由3到4枚新型重型運載火箭"戰神"-5從地面發射到地球低軌道後組裝而成。"兵馬未到,糧草先行",宇航員登入火星前,美國宇航局將分別于2028年和2029年向火星發射貨運登入艙和星面居住艙,為宇航員在火星上登入和工作做準備。"戰神"-5正在研製當中,如果研製成功,這將是美國載荷最大的運載火箭。這種火箭使用先進的低溫燃料推進劑,可把140噸載荷運送到地球低軌道,也可把大約70噸載荷運往月球。

美國宇航員登入火星後,將在星面居住一段時間,最多可達16個月。期間,宇航員將使用核能為工作和生活提供所需的動力。由于火星沒有空氣和水,宇航員登入火星時,將使用"密閉迴圈"生命維持系統,不斷迴圈使用空氣和水。為了在火星上長期生存,飛船還將種植一些蔬菜和水果,供宇航員食用。同時,也讓宇航員有一種生活在地球上的感覺,有利于身心健康。鑒于這將是人類最為復雜的太空遠征,美國宇航局還計畫在月球上對登入火星進行預演,以確保萬無一失。

科研機器

火星拓荒者

火星拓荒者是美國國家航空航天局的1996年火星探測計畫,緊接在火星全球探勘者號‎升空之後發射,也是歷史上第3次在火星表面軟著陸。美國國家航空航天局的火星探測計畫長期致力于對火星這顆紅色行星進行無人探測,火星拓荒者是這一系列無人探測計畫的一個組成部分。

火星拓荒者火星拓荒者

火星拓荒者于1997年7月4日在火星表面著陸。它攜帶的索傑納號火星車,是人類送往火星的第一部火星車。

火星全球探勘者號

火星全球探勘者號(Mars Global Surveyor)是美國國家航空航天局的火星探測衛星,也開啓新一波的火星探測計畫,于1996年升空,並在2006年結束任務。

火星探測漫遊者火星探測漫遊者

2001火星奧德賽號

2001火星奧德賽號是美國國家航空航天局的火星探測衛星,主要任務是尋找水與火山活動的跡象,于2001年升空。這次任務的名稱是根據電影《2001太空漫遊》來命名的。

2001火星奧德賽號2001火星奧德賽號

火星探測漫遊者

火星探測漫遊者是美國國家航空航天局的2003年火星探測計畫。這項計畫的主要目的是將勇氣號和機遇號兩輛火星車送往火星,對火星這顆行星進行實地考察。

火星勘測軌道飛行器

火星勘測軌道飛行器是美國國家航空航天局的2005年火星探測計畫之一。這項計畫的主要目的是將一枚衛星送往火星,以前所未有的照相機解析度對火星這顆紅色行星進行詳細考察,並且為往後的火星地表任務尋找適合的登入地點,同時為這些任務提供高速的通訊傳遞功能。這項計畫預計將在火星軌道運行至少四年,並且成為火星的第四個正在使用中的航天器。

鳳凰號火星探測器

鳳凰號是美國國家航空航天局的2007年火星探測計畫。這項計畫的主要目的是將一枚著陸器送往火星的北極地區,對火星的極地環境進行探測。

鳳凰號將在防熱盾、降落傘與火箭推進器的協助之下,緩緩降落在火星冰封的地表上,然後利用太陽能電池板蓄積的電力,伸出長約2.3米的機械手臂向下挖掘,並將挖掘所得的土壤樣本送回鳳凰號,以先進的儀器對土壤中的水冰加以分析。這項計畫共耗資四億兩千萬美元。

鳳凰號鳳凰號

鳳凰號的目的是尋找火星北極土壤中可能存在的生命特征,對淺層地下的水冰進行研究。鳳凰號已經在美國東部時間2007年8月4日5點26分于佛羅裏達州卡納維拉爾角空軍基地成功發射,由三角洲二號運載火箭所運載于2008年5月25日成功著陸火星。鳳凰號是繼海盜二號在1976年之後,唯一未使用氣囊緩沖技術而成功登入火星的太空船。

2008年11月,鳳凰號與地面控製中心失去聯絡。

美國計畫

2009年

美國國家航空航天局與麻省理工學院合作的火星科學實驗室將于2009年12月啓程前往火星,它將在火星表面著陸,並且擁有六個輪子,擁有前所未有的機動性能,並且使用核能提供電力,至少在火星表面工作一個火星年的時間。同時,火星科學實驗室還將攜帶各種先進的儀器,它將配有200萬像素的主照相機,配合10倍光學變焦鏡頭和三色真彩色感光能力,將可以拍攝到超高清晰度的全景照片,同時這部相機還將內置MPEG-2硬體影片壓縮能力,可以拍攝每秒10幀的高清晰影片,相機本身將配有至少256MB記憶體和8GB快閃記憶體以暫時儲存拍攝的照片和影片,配合火星通信軌道器提供的基于雷射通信的超高頻寬支持,火星科學實驗室將會使現在正在火星上工作的雙胞胎火星車勇氣號和機遇號相形見絀。

2011年

在2011年,美國國家航空航天局預計將進行第二次火星偵察任務。這次任務預計將是個雙重任務,因為美國國家航空航天局將同時把兩個不同的計畫送往火星。目前美國國家航空航天局尚未決定要將哪兩個計畫送往火星,一些可能獲選的計畫包括了(每位任職于美國國家航空航天局的科學家隻能選擇一個計畫):

Artemis 這個計畫將從繞行火星的母船中發射碟形登入器登入火星,每個直徑兩英尺,最多可能發射四個。每個登入器將利用降落傘的方式登入火星表面,並分析火星土壤與大氣。四個登入器其中的兩個預計將登入在火星的極地區域。 CryoScout 這個計畫將建造一個魚雷外型的探測器,並且利用噴嘴加熱的方式融化火星極地的冰冠。探測器預計將深入地表100碼(91米),並且分析這些融化的水以判斷火星極地的狀態。 KittyHawk 這個計畫預計將建造三台或四台滑翔機,滑翔機翼展約六呎(1.83米),並且探測水手峽谷。這些滑翔機將攜帶紅外線頻譜儀與照相機。 Naiades 本計畫的命名由來為希臘神話中居住在山林水澤中的女神。這個計畫預計將兩台登入器送往可能含有地下水的區域,並且使用低頻電磁與其他裝備探測火星是否有地下水存在。 Pascal 本計畫預計製造24台小型氣象觀測站,並且將其散布在火星各地。 Urey 本計畫預計包含登入器/探測車兩者,以研究火星岩的年齡。計畫預計將針對Cerberus高原一帶進行研究,並且將會尋找特定的礦物,以幫助科學家研究火星上的隕石坑與月球上的隕石坑的不同點。

2011年以後

美國的火星樣本取回任務計畫將于2013年實施,計畫于2016年將半千克左右的火星土壤和岩芯樣本送回地球作進一步研究。這個計畫包括一個環繞火星軌道運行的返回裝置和一到兩個著陸裝置,著陸裝置可能配備有可以小範圍移動的火星車,如果那時火星科學實驗室仍然可以工作,可能也會利用火星科學實驗室在大範圍內提前採集樣本,或者再發射一枚類似火星科學實驗室的火星車用于這個目的。採集樣本以後,樣本將會被一枚小型火箭發射到火星軌道,與返回裝置對接,這個對接也可能不隻一次,然後由它將樣本一次性送回地球。

2018年的火星任務將是一個著陸器,用于尋找火星上可能存在生命的證據。

2020年代將會有更多的樣本返回任務實施,用于將火星樣本送回地球。

2037年

在于印度南部城市海得拉巴舉行的第58屆國際宇航聯合會大會上,美國宇航局宣布計畫在2037年派宇航員登上火星,而不是之前傳聞的2031年。

中俄計畫

中國火星探測計畫是中國第一個火星探測計畫,中國航天局將與俄羅斯聯邦航天局合作共同探索火星。中國首顆火星探測器"螢火一號"同俄羅斯"福布斯-土壤"探測器于台北時間2011年11月9日4時16分在位于哈薩克境內的拜科努爾發射場搭乘俄運載火箭發射升空。

整個計畫共分四個階段:

階段1:(現在到2009年)會對第一次任務進行充足準備,包括定立探測目標、技術研發和尋求國際合作

階段2:(2009年後)已發射的衛星將探測火星環境,所得的資料用作火星軟著陸之用。

階段3:發射火星著陸器並攜帶一輛火星車,在火星上軟著陸。

階段4:成立火星表面觀察站、發展飛行器穿梭地球與火星、並且建立火星基地供機械探測器進入。此階段的最終目標是為將來人類登入火星提供基礎,令人類可在火星觀察站中觀察火星。

螢火一號(YH-1)是中國火星探測計畫中的第一顆火星探測器,作為中俄航天合作項目之一,計畫于2011年和俄羅斯的"福布斯-土壤"(Phobos-Grunt)衛星一起搭載聯盟號運載火箭從拜科努爾航天中心發射升空。大約經歷10至11個半月的飛行後,進入火星軌道。螢火一號主要研究火星的電離層及周圍空間環境,火星磁場等。2008年4月完成初樣並公布于眾。2009年6月完成正樣並赴俄羅斯聯合測試。

設計參數為:

螢火一號螢火一號

尺寸:750×750×600 mm 重量:110 kg

功率:90 W(平均)180 W(峰值)

資料傳輸速率:80 bit/s

2 x 3塊太陽能電池板,全長7.85米

印度計畫

印度準備在2012年至2013年之間發射火星探測器,參加火星探測的全球競爭與合作。

日本計畫

日本希望號火星探測器于1998年7月3日發射升空,是日本第一個火星探測器,也使日本成為世界上第三個發射火星探測器的國家。

日本火星探測器希望號在艱難地飛行了5年之後,最終于2003年12月9日被放棄。至此,日本的首次火星探測行動宣告失敗。

日本目前尚無探測計畫。

地質特征

研究火星的地質概況可以了解火星的變化過程和地球與火星之間的區別與共性。作為火星探測計畫的一部分,科學家希望理解風、水、火山作用、構造地質學、撞擊坑等過程在形成和改變火星表面中的相關角色。

比如,火星上有令人難以置信的巨大火山,其規模是地球上火山的10倍甚至100倍以上。這個不同點的解釋就是火星地殼不像地球地殼一樣運動。這意味著所有的岩漿匯集成為一個非常巨大的火山。

火星環球監測者探測器最近發現了在火星上分布著大面積的磁性物質,這表明火星曾經有一個像地球一樣的磁場。由于磁場通常表現為保護行星不受各種宇宙射線的傷害,這一發現暗示很可能發現火星表面曾經存在生命的證據。對于遠古磁場的研究對火星過去的內部結構、溫度和組成也將提供重要信息。磁場的存在還表明火星曾經像地球一樣充滿生機。

最重要的是火星上各種岩石的組成以及年齡。地質學家通過岩石的年齡確定火星歷史事件的順序。組成告訴人們在過去的時間內發生了什麽。鑒定有水存在才能形成的岩石和礦物質是其中尤其重要的一個任務。水是解開火星生命之謎的關鍵之一。

其他還有什麽岩石中的原料包含有火星歷史的信息?不同岩石在火星表面的分布有什麽不同?未來的軌道監測以及登入探測任務將通過特製工具解答這些問題。

中新社華盛頓11月26日電 (記者 吳慶才)美國迄今最先進的火星探測器"好奇號"26日成功發射升空,這個由一名華裔小女生命名的強大"火星車"此行的主要任務是探索火星是否有生命存在的跡象。

當天上午,在佛羅裏達州卡納維拉爾角空軍基地,搭載"好奇號"的火箭劃過一道漂亮的弧線,將它送入太空。"好奇號"此行將飛行3.54億英裏的漫漫征途,預計明年8月份才會抵達火星。

"好奇號"探測車將在火星赤道以南的蓋爾隕坑中心山丘的一處山腳下著陸,此處有多種不同土壤和一座小山丘,科學家認為此處的物質和地貌的形成與水有關。此次為期近兩年的探測任務主要是探索寒冷、幹燥、貧瘠的火星上是否曾經存在生命跡象,或者現在是否仍存在有利于生命生存的環境。

"好奇號"被稱為有史以來最龐大、最復雜、最昂貴、也最先進的火星探測器。上面搭載了一批先進的探測儀器,包括17台先進照相機、一個機械臂、一個鑽孔機、一台雷射裝置,其內部還配備化學實驗室,用于樣本分析。其大小相當于一輛小汽車,重量約900公斤,是前任"雙胞胎"火星車--"勇氣號"和"機遇號"的五倍,長度約為它們的兩倍。

與"勇氣"號與"機遇"號不同,總投資達25億美元的"好奇"號採用的是核動力,而且是利用鈈電池做能源,可以持續時間更長。"好奇號"的著陸方式也不同,它將不會採用戴著安全氣囊"硬著陸"的方式,而是把降落傘、火箭的動力減速都用上,並借助留空的"太空吊車",將火星車吊運到火星表面實現著陸。

"好奇號"這個名字是由一名12歲的華裔小女生馬天琪所起的。美國宇航局2008年向美國學生征集名字,最終馬天琪所起的這個名字從9千份參賽作品中脫穎而出。馬天琪當天也受邀到發射現場,她祝願"好奇"一路順利,並透露自己一直對天體物理和空間科學很感興趣,希望有朝一日能夠到美國宇航局工作,甚至希望能夠去火星。

人類一直對美麗而神秘的火星充滿好奇,近半個世紀以來,在人類迄今三十多次探索火星的嘗試中,大部分都以失敗告終,本月早些時候,俄羅斯"福布斯-土壤"火星探測器前往火星的任務即宣告失敗。

"火星真的是太陽系的'百慕大三角',它是一個'死亡星球'"美國宇航局助理副署長哈特曼說:"美國是世界上唯一一個成功登入並在火星表面驅動火星車的國家,現在我們準備再來一次。"完

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