去往火星的那些“人类使者”

2020-08-18幻棠

太空探索 2020年8期

关键词：奥德赛着陆器火星车

文/ 幻棠

水手4号火星探测器

即使在相距遥远的地球，我们也能用肉眼分辨出火红色的火星。这颗红色的星球引发了人类无数的幻想，最有名的就是把它想象成脾气暴躁、非常好战的“战神”。人类对火星充满了好奇，这些好奇心驱使人类一有机会，就会对火星进行探索。

如今，经过几十年的积累，火星周围和地面上都有了人类派去的“使者”。这些作为“人类使者”的火星探测器不负使命，大大提高了人类对火星的认识。人类渐渐发现，火星是一颗特别值得去探索和深入研究的星球。

开端

1962年苏联发射的火星1号探测器被公认为是人类尝试迈向火星的第一步。可是，虽然火星探测器起步于苏联，但是发射火星探测器成功率最高、取得成果更多的却是美国。

火星探测器一般有两个组成部分，一部分是轨道器，即进入火星轨道，从上方掠过火星或者成为火星的人造卫星的部分；另外一部分是着陆器，顾名思义是降落在火星表面，可以在火星表面进行探测的仪器，这部分探测仪器现在都设计成可以在火星表面进行移动的样式，成了一类火星车。因为着陆器对技术要求较高，所以在冷战时期，首批发射到火星的探测器大部分都是轨道器，比方说美国最开始发射的水手系列。

1962年美国开始实施水手计划，于1964年先后向火星发射了两枚探测器，“水手3号”和“水手4号”。1964年11月5日美国的第一枚火星探测器“水手3号”发射升空，但很不幸，这枚探测器由于偏离轨道而发射失败。1964年11月28日，另一枚“水手4号”发射升空，在1965年7月14日在火星表面约1 万千米上空掠过火星，传回了21 张火星照片。这是第一个成功到达火星并传回数据的探测器。

1969年，美国又向火星成功发射了“水手6号”和“水手7号”。它们成功对火星大气成分进行了分析，并向地球传送了大量照片。水手系列当中最成功的莫过于1971年11月13日到达火星的“水手9号”。“水手9号”首次成功进入环绕火星轨道，第一次向人类展现了火星的全貌。

在火星轨道探测器接连取得成功之后，美国开始发射带有着陆器的火星探测器，来探寻火星上的生命迹象。这就是较为著名的“海盗1号”和“海盗2号”。“海盗1号”和“海盗2号”着陆器分别于1976年7月20日和1976年9月3日与轨道卫星分离，在火星表面成功着陆。两者的主要探测目标相同，研究火星温度、磁场风速、风向和x 射线光谱。

发射前接受测试的“水手4号”

“海盗号”火星探测器携带的着陆器

尽管这两枚探测器造价昂贵，但是两者传回的火星信息也最多。“海盗1号”不仅发回了火星周围环境全彩色图，告诉我们火星的天空是桃粉色的，而且它还拍摄到了一张酷似人脸的火星地表照片。而“海盗2号”除了完成自己的主要任务，进行火星地貌和火星环境勘测之外，还意外地记录到了一次火星地震，提供了非常珍贵的火星地震数据。不过，“海盗1号”和“海盗2号”都没有发现火星上有任何生命迹象。

“海盗1号”轨道卫星一直运行到了1980年，着陆器则一直工作到了1982年。“海盗2号”轨道卫星持续工作到1987年，而着陆器在1980年就停止了工作。

续曲

上世纪60 ～70年代火星探测的成功，使得美国在全球航天界名声大噪。进入90年代，美国又开始续写它的火星探测神话。

1996年11月7日，美国著名的火星探测器火星全球勘测者发射升空，这枚火星探测器经过10 个月的飞行，在1997年9月11日成功进入环绕火星的运行轨道。

“海盗2号”拍摄的火星表面

“火星全球勘测者”携带有7 台先进的科学仪器，能够获得火星表面的高分辨率图像，可以更精确地对火星的地貌、火星重力场，以及火星环境大气成分进行分析。这个火星探测器取得了巨大的成功，它向地球发回了几千幅火星地表图像，并且对火星表面进行了2700 万次海拔高度测量，所获得的火星信息比之前所有火星探测器全加起来还要多。

由此，我们开始知道，很久很久之前，火星上也曾存在过海洋，知道现在这颗红色星球上有坑洼和丘陵，海盗1号拍摄的“火星人脸”只不过是一座小山，知道火星上有相当于南大西洋那样大的风暴……这个优秀的火星探测器超长服役了10年。后来，因为出现电池故障，“火星全球勘测者”逐渐与地球失去联系，于2006年11月5日终结了它神圣的使命。

利用“火星全球勘测者”发回地球的海量图像和详细数据，科学家绘就了火星的一幅全球地形图。这为后来美国再次成功发射火星探测器做了一个非常好的铺垫。

如果说地球上出现轮子代表了人类文明的一次飞跃，那么，火星上的人类探测器有了轮子则显示了人类太空探索技术的又一次飞跃。装备了6 个轮子的索杰纳号火星车就是此次飞跃的杰出代表。

索杰纳号火星车是1996年12月4日美国发射的火星探路者号探测器所携带着陆器的重要组成部分，是人类送往火星的第一部可以从地球进行遥控的自主式机器人车辆，仅一个微波炉般大小。它于1997年7月4日在火星表面着陆成功。

每天不断向地球传送图像、汇报火星天气情况，并能够在一定范围内自由活动的索杰纳火星车使人类对火星环境有了更加全面细致的了解。它对火星的岩石和土壤的探测结果证实，火星历史上的确曾发生过特大洪水，还发现火星的岩石成分与地球的类似。

火星全球勘测者

值得一提的是，索杰纳火星车的原设计寿命只有7 天，而它却奇迹般地工作了3 个多月，带给了人类一个大大的惊喜。

新篇

火星探路者轨道卫星和索杰纳火星车在1998年各自结束了火星上的考察使命。进入新世纪，取而代之成为新一代轨道卫星的火星探测器，是2001年美国成功发射的火星奥德赛探测器。

在厂房中的“火星探路者”

“火星探路者”拍摄到的在火星上的索杰纳火星车

火星奥德赛探测器是21 世纪初美国火星发射任务的“大手笔”。最初在原计划中，火星奥德赛探测器也分轨道器和着陆器两部分，但因前两次火星探测任务接连失败（1998年12月火星气候轨道器发射失败，1999年1月火星极地登陆者发射失败），打击了美国人的信心，着陆器暂时被取消。因此，火星奥德赛探测器没有着陆器，只有轨道卫星部分。

环绕火星轨道运行的“火星奥德赛”的主要任务是研究火星结构，寻找水与火山活动的迹象，并检测星际致命辐射水平，从而为下一步太空探险铺平道路。“火星奥德赛”最重要的成果是发现了火星表面有丰富的水冰。

为弥补火星“火星奥德赛”没有着陆器的缺憾，继续火星地面考察工作，美国在2003年启动了“火星探测漫游者”计划，先后将“勇气号”和“机遇号”两辆火星车送往火星。

“勇气号”在2003年6月10日发射升空，于2004年1月3日在火星表面着陆。这部火星车已在2011年3月22日与地球失去联系。漫游者计划的另一部火星车——机遇号在2003年7月7日发射升空，2004年1月25日成功降落在火星表面，超期服役14年，于2018年与地面失联。

“机遇号”和“勇气号”两辆火星车为我们带来了丰硕的研究成果。它们进一步分析了火星的土壤成分，发现在火星土壤当中仅有2%的水和空气，其他98%都是矿物质和金属，而且，还在土壤中首次探测出了可能源自火星远古火山喷发而产生的镍和锌元素……

结合之前火星探测器的所有成果，火星的历史画卷也慢慢在人类面前展开：火星在远古时期曾经拥有温暖潮湿的环境，但火星的海洋和湖泊却不像地球上的水体一样温和，而是呈强酸性，在这样严酷的环境下，绝大部分地球生命都将无法生存。

至此，通过这些“火星使者”，人类已经知道了许多关于火星的新知识。可是，我们新提出的问题远比所知道的要多，人类必须对火星进行更深入的探索。

“火星奥德赛”的艺术想象图

“火星奥德赛”进入火星轨道

勇气号和机遇号火星车的艺术想象图

包裹“机遇号”的气囊完成使命后留在了火星表面

为了大幅降低探测器的着陆风险，使未来的火星探索之路更加顺畅，美国在2005年8月12日发射了一颗火星侦察专用轨道器，以前所未有的高分辨率侦查火星地表环境，评估火星上最佳着陆地点，提供高速通讯传递功能，来确保后续发射任务的成功率。

这枚火星轨道侦察器在2006年3月10日成功进入火星轨道，成为了火星的美国第三个正在使用中的火星探测器（前两个分别是“火星全球勘测者”和“火星奥德赛”）。

事实证明，先派遣“火星侦察兵”的做法是十分明智的，美国后续发射任务均从此中受益。

2007年8月4日，美国凤凰号火星探测器发射又一次获得了成功。这个稳稳降落在火星北极的探测器，在其着陆地发现了微生物新陈代谢的重要化合物之一高氯酸盐，而且找到了火星曾经存在液态水的最新证据，再一次证实火星上的确有水。除此之外，“凤凰号”还探测到了来自火星云层的一场降雪。在圆满完成任务之后，随着火星渐渐步入寒冬，凤凰号探测器由于太阳能电池板受损，电量不足而终止了运行。

2012年8月，装载了新能源的美国第一台采用核动力驱动的火星车“好奇号”成功登陆火星，开启了新一代探险的华丽篇章。由核动力驱动的好奇号火星车几乎是“机遇号”的5 倍大，各方面能力也全面升级。携带了大量精密仪器的“好奇号”，相当于一个标准的野外地质学家，其能力足以令此前的所有着陆器相形见绌。

登上火星后的“好奇号”将获得的第一铲细粒土壤加热到835 摄氏度的高温，结果分解出了水、二氧化碳以及含硫化合物等物质，其中水的质量约占2%。此外，“好奇号”还在火星表面探测到了甲烷，这也是它的重大探测成果之一。

向火星派出“地质学家”后，2013年11月18日，美国又派出了另一位轨道“大气专家”，即火星大气与挥发演化探测器。这枚轨道卫星在2014年9月22日成功进入火星轨道。它的主要任务是帮助人类了解火星大气层的气体逃逸对火星气候和环境演变所产生的影响，目前已取得了不少令人瞩目的成果。

火星轨道侦察器在考察火星南极地区

“凤凰号”着陆火星

2018年5月5日，美国派出了一枚技术含量更高的“杀手锏”，即洞察号火星着陆探测器，用来专门研究火星的内部结构特征。它成功在2018年11月登陆火星。这枚耗资巨大的探测器创造了数个“第一”：它是第一个直接将地震仪放置在火星地表的探测器，第一个使用自转式钻头深入火星地下勘探、最深达5 米的探测器，第一次在火星表面利用磁强针进行探测的探测器，还是第一次在深空任务中搭载立方体小卫星作为辅助的探测器。