揭秘“萤火一号”:搭载“顺风车”奔火星 (图)

2009年08月04日 10:13:58 此篇转载于:新华网科技

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我国首个火星探测器“萤火一号”目前已通过研制阶段的试验考核和验证,将转入“待发”状态,预计于今年下半年升空,2010年到达火星并开展科学探测。

火星探测项目是继载人航天工程、探月工程之后我国又一个重大空间探索项目,也是我国首次开展的地外行星空间环境探测活动。这一项目由我国与俄罗斯合作开展。据介绍,“萤火一号”有关的探测任务,包括探测火星及其空间环境、探寻火星“水为什么消失的秘密”、揭示类地行星空间环境演化特征等,从而为我国下一步的深空探测打下基础。


“萤火一号”主要任务是探测火星附近空间环境,为我国下一步深空探测打基础:

在浩瀚的宇宙中,地球像一个孤独的孩子。太空中还有别“人”吗?从第一个仰望星空的人开始,人类就没有停止过对地外生命的探索。而火星,这个已知的和地球自然条件最接近的星球一直是人们探索目标。在俄罗斯美国、日本、欧洲相继发射火星探测器之后,我们中国人,也要去火星上空一看究竟了!近日,记者独家专访到火星探测器“萤火一号”项目的参与者、北京航空航天大学宇航学院徐世杰教授,为你揭开我国第一颗火星探测器的神秘面纱。


——卫星解读—— “萤火一号”长着三对大“翅膀”:

“萤火一号”的个头儿小,只有110公斤,和它的美国前辈“勇气号”“机遇号”180公斤,以及计划将要发射的新型火箭车600公斤的体重相比,“萤火一号”算得上是火星探测器家族中的“轻骑兵”“小个子”。它主体部分长75厘米,宽75厘米,高60厘米,两侧共有6块太阳能帆板,展开7.85米。如此小巧玲珑的身体上却长出三对大“翅膀”,只因火星上太阳光照强度低,只有地球的二分之一左右,帆板要够大才能给“萤火一号”提供充足的能量。


——飞天轨迹—— 搭火卫一的“顺风车”:

“萤火一号”如何上天,也是人们关心的问题。由于我国目前还没有独立探测火星的能力,“萤火一号”只能搭乘俄罗斯的“天顶”号运载火箭上天,与它同时上火星的还有俄罗斯的火卫一探测器“福布斯—格朗特”(亦称“福布斯—土壤”)。

今年10月,“萤火一号”将会被发射上天。届时,“一箭双星”将在距地面200公里的远轨道飞行4小时,然后飞到距地面1万公里的过渡椭圆轨道做26小时的无动力飞行。之后,伴随着火箭主发动机的再次启动,“萤火一号”彻底告别地球,进入从地球到火星的双曲线轨道,和“福布斯”同甘共苦地共同飞行11个月。在联合飞行的过程中,两颗卫星通过电缆连接在一起,“萤火一号”的能量由“福布斯”供给。


“萤火一号”将飞行3.5亿公里:

到达火星轨道后,火箭会找一个相对合适的位置把“萤火一号”放下。这个位置非常重要,它和“萤火一号”的速度和方向共同决定了将来火星探测的起点。为什么不能是“绝对”合适呢?因为火箭上的“福布斯”还要探测火卫一,只能在探测火卫一的路上把“萤火一号”放到一个相对合适的位置。“就像搭别人的顺风车,很难要求人家把你送到家门口,只能路上找个合适地方把你放下,你再自己想办法走剩下的路。”徐世杰打了个形象的比方。

到2010年8月之后,两颗卫星正式分道扬镳,“福布斯”将转途去探测“火卫1”。“萤火一号”则进入绕火星的椭圆形轨道,在“近火点”(距离火星最近的点)800公里、“远火点”80000公里、轨道倾角正负5度的火星大椭圆轨道上,展开它的太阳帆板,正式开始履行它的火星探测使命。整个过程,“萤火一号”将飞行3.5亿公里。


——重要任务——

1、探测火星附近空间环境

“萤火一号”去火星做什么?徐世杰告诉记者,它的主要任务是拍照和探测火星附近空间环境,为我国下一步火星探测打基础。

“萤火一号”携带的行李中有几件“重型武器”:光学成像仪,将对火星和火卫一进行摄影;磁通门磁强计,测量火星上空的磁场强度、太阳辐射强度和高能粒子等等,了解火星外环境;掩星探测接收机,用“掩星法”探测火星大气层和电离层,信号从火星到达地球时,可以通过火星大气层对信号的折射作用了解火星大气的情况;等离子探测包,探测火星周围的等离子态。


2、探测火星表面水消失之谜

火星上到底有没有生命?这是人们最想知道的问题。水是生命的象征,徐世杰告诉记者,美国发射的着陆探测器“凤凰号”“机遇号”和“勇气号”都发现了水的痕迹。探测器一铲子下去露出了白色的物质,第二天白色痕迹消失了,这说明可能是水分蒸发了,但也有可能是干冰。目前水的痕迹发现很多,但并没有直接发现水,所以还不能最后确定火星上是否有水。

“萤火一号”一个重要任务是探测研究火星表面水的消失机制。徐世杰说:“水是火星存在生命的必要条件,但不是充分条件。微生物会释放甲烷,所以甲烷曾被看做是微生物存在的证据。对火星生命的探测估计还会持续一段时间。”


——面临挑战——

北京大学地球与空间科学学院焦维新教授曾说过,在航天界,火星有航天器的坟墓之称。火星探测初期有三分之二的探测器都以失败告终。徐世杰证实了这个说法:“探火星风险比较大。我做过统计,到去年12月为止,人类共发射了38个火星探测器,只有20个成功。上世纪60年代初期开始的第一阶段失败尤其多。发射几小时后爆炸的、发射后失去信号的、登陆失败的……各种情况都有。而成功的定义是顺利完成撞击、飞掠、绕火、登陆等预定任务。”


那么,我们的“萤火一号”将要面临哪些困难呢?

1、面临-200℃的严寒考验。

2、“萤火一号”,面临的最大挑战就是来自火星的严寒。

在整个探测过程中,它将遭遇7次所谓“长火影”的长期火星阴影,时间长达8.8个小时。此时,火星将运行至探测器和太阳之间,主要依靠太阳能的“萤火一号”为了保存能量,不得不进入休眠状态。然后,它在“长火影”结束后再加电唤醒。而经过8.8个多小时的休眠,“萤火一号”的周围环境温度达到-200℃以下,过低的温度会影响机器休眠时的运行,如果机器被“冻死”,就不能在通电后“活”过来。“‘长火影’是小家伙不得不过的一道关。”


遥控遥测是制约瓶颈:

“目前制约‘萤火一号’奔向火星的瓶颈还有遥控遥测,”徐世杰坦言:“‘萤火一号’拍摄照片后,如果我们无法接收这样的微弱信号,就必须将数据传给俄罗斯,再由俄罗斯传给我们。我们还没有建立像美国那样覆盖全球的深空探测网。”

美国沿经度方向每隔120度就设立了测控联合体,三个综合探测站分别设在西班牙马德里郊区、澳大利亚堪培拉附近和美国加利福尼亚一个叫金石的小城附近。依靠数个抛物面直径达到36—70米的大天线,美国科学家可以对微弱的信号进行接收和分析,获取来自外太空的数据。中国如果依靠国内建测控站,目前仅能在乌鲁木齐和佳木斯设有两个探测站,覆盖面有限,一些重大的探测活动还需与俄罗斯、欧空局合作。


多星定向是极大挑战:

“萤火一号”还面临着如何实现多星定向问题。徐世杰指出,多星定向是姿态控制里的难题。往地球传数据时要对地球定向;拍摄火星时仪器要对火星定向;太阳帆板还要随时对太阳定向,这对“萤火一号”的姿态控制来说是极大的挑战。这项技术是否能完美应用,等十月“萤火一号”上天后我们就能一看究竟。


人类勘探火星大事记:

1960年10月10日:苏联向火星发射第一枚探测器。4天后,第二枚探测器升空。但两枚探测器均连火星环绕轨道都没有到达。

1964年11月28日:美国“水手4号”开始8个月的火星之旅,于1965年7月成功收集到第一批对地球外其他行星的近距离特写照片。

1971年5月31日:美国“水手9号”升空,成为第一个火星轨道飞行器。它首次拍摄到火星全貌。

1975年9月9日:“海盗2号”发射,实施了3项生物试验。尽管没有寻找火星存在生命迹象,但科学家发现,火星土壤中存在令人惊讶的化学活动。

1964年12月4日:美国发射“火星探路者”,携带“旅居者”号火星车登陆火星。科学家根据发回的大量图片信息判定,火星曾经温暖和潮湿。

2001年4月7日:美国发射“奥德赛”火星探测器,目前仍在火星轨道运行,测试火星的地质和气候,试图寻找火星上生命和水的迹象。2003年,“奥德赛”发现火星表面和近地表层中可能有丰富的冰冻水,但这一问题目前存在争议。

2003年6月10日:携带“勇气”号火星车的美国“火星探测流浪者”号探测器发射升空。

2003年7月7日:“勇气”号的孪生兄弟“机遇”号火星车发射升空。

2007年2月25日:欧洲航天局的“罗塞塔”彗星探测器靠近火星飞行,顺利完成利用火星引力调整飞行速度和轨道的任务




本文内容于 2009-8-4 22:05:14 被入宸思恒编辑