揭秘凤凰号火星探测计划

　　本报记者李学华

　　美国宇航局喷气推进实验室5月25日宣布，美国西部时间2008年5月25日16时53分(北京时间26日7时53分)，“凤凰”号火星着陆探测器成功降落在火星北极附近区域。

　　“凤凰”号有何与众不同之处？它肩负着什么样的使命？它在火星上又有哪些新发现？综合来自美国宇航局的各种报道和资料，让我们对“凤凰”号火星探测计划作一回顾。

　　一飞冲天

　　美国东部时间2007年8月4日早晨5点26分34秒，搭载“凤凰”号探测器的德尔塔Ⅱ型运载火箭，从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地的SLC-17A发射台顺利发射升空。耀眼的光芒刺破了黎明前的天空，“凤凰”号开始了大约10个月6.79亿公里的火星之旅。

　　这次发射使用的德尔塔Ⅱ-7925型火箭，是专为发射中型卫星和机器人探测器而设计的三级运载火箭，第一级采用液体燃料，外加9个捆绑式的固体燃料助推器；第二级采用液体燃料；第三级采用的则是固体燃料。连同安装在火箭顶部的“凤凰”号探测器在内，火箭总高度为39.6米，加注燃料后的总重量为231126公斤。由美国波音公司和洛克希德-马丁公司合资成立的联合发射同盟提供火箭及相关服务，美国宇航局肯尼迪航天中心负责发射。

　　火箭发射时间是根据天体运行规则来计划的。众所周知，地球和火星都在绕着太阳运转，只不过地球的运转轨道更靠近太阳，火星的运转轨道离太阳远一些。每隔大约26个月，地球和火星会有一次接近的机会，那时两者之间的距离最近，天文学上称之为“冲”(Opposition)，此时火星运行到与地球和太阳成一条直线的位置，火星和地球隔着太阳遥遥相对。因此要使通往火星的行程最节省，最佳的发射时间应当在此“冲”期来临之前几个月。2007年12月18日，火星和地球将又一次“亲密约会”，两者相隔只有8800万公里。科学家将这个距离、发射火箭的动力、飞船重量以及要登陆火星的地点等因素综合考虑在内，计算出最佳的发射窗口日期应当是2007年8月3日至24日。但是，由于8月3日当天大雨滂沱，使得火箭燃料加注无法进行，因此不得不推迟到4日早上进行发射，此时地球和火星之间的距离为1.95亿公里。

　　在和德尔塔火箭的第三级分离后，“凤凰”号探测器开始与位于加利福尼亚州莫哈韦沙漠的美国宇航局深层太空网络戈德斯通讯站进行无线通讯。探测器进入巡航轨道，打开太阳能板，确定对准太阳的方向，并且旋转到最佳角度，以利于接受太阳能和与地球通讯。

　　火星一瞥

　　“凤凰”号火星探测器的发射，是近几十年来人类在探索火星的征途上发起的新的冲击。这颗“红色星球”究竟有何与众不同之处呢？

　　火星是太阳系八大行星之一，按离太阳由近及远的顺序排列为第四颗，它有很多特征与地球相似。它和地球一样有着一年四季的变化。它的自转与地球十分相似，自转一周为24小时39分35秒，火星上的一昼夜相当于地球上1.027个昼夜。火星在椭圆轨道上绕日公转，其轨道近日点为2亿670万公里，远日点为2亿4920万公里，火星公转一周约为687个地球日，火星的一年约等于地球的两年。火星赤道倾角为25度，赤道平均直径为6780公里，约为地球的一半，体积不到地球的1／6，质量仅是地球的1／10左右，重力加速度仅为地球的38%。火星的内部和地球一样，也有核、幔、壳的结构。火星大气比地球稀薄，其中95.3%%是二氧化碳，约2.7%%是氮，1.6%%为氩气，还有数量极少的氧和水汽等，气压仅为地球的1%。

　　火星表面的平均温度为零下53摄氏度，稀薄而干燥的大气使它表面的昼夜温差常常超过100摄氏度，其极地夜晚的温度可达零下128摄氏度，而赤道正午的温度则为27摄氏度。沙尘暴是火星的奇特现象之一，局部的沙尘暴在火星上经常出现，有时候风速差不多是地球上12级台风的6倍，这种沙尘暴往往会覆盖半个甚至整个星球。

　　根据探测资料，火星表面上的地理特征主要有环形山和火山、峡谷、河床等。其中最引人注目的特征是位于赤道地区的大峡谷，最大的水手谷由一系列峡谷组成，在赤道地区延伸5000多公里，比周围地面低6公里。

　　死亡星球

　　火星是一个危险的目的地。40多年来，世界各国先后向火星发射了30多个各类探测器，但其中一多半都以失败告终，所以火星一直被称为“探测器的坟场”和“死亡星球”，因为火星上的一块石头或者一阵狂风都有可能破坏掉人类的探测计划。

　　1960年—1964年，前苏联发射了系列火星探测器，全部失败。

　　1964年—1972年，前苏联再次发射“火星”系列和“宇宙”系列探测器，大部分遭到失败。1971年发射的“火星3”号着陆舱是第一个到达火星表面的探测器，但仅发送了20秒钟信号就与地球失去了联系。

　　1964年—1970年，美国发射了“水手”号系列探测器，其中有4个成功地探测了火星。

　　1971年11月，美国发射“水手9”号进入火星轨道，拍摄了70%%的火星表面，并从根本上否定了火星存在运河的说法。

　　1973年7月，前苏联发射“火星5”号，进入火星轨道后，成为火星的人造卫星，并发回首批火星照片。

　　1973年8月，前苏联发射“火星6”号，在着陆过程中对火星大气进行了观测，发回了火星大气参数。

　　1976年7月和9月，美国“海盗1”号、“海盗2”号探测器先后在火星表面成功软着陆。

　　1988年7月，前苏联相继发射的“火卫1”号、“火卫2”号探测器均告失败。

　　1992年，美国发射“火星观察者”探测器，失败。1996年，俄罗斯发射“火星-96”探测器，失败。

　　1996年11月和12月，美国成功发射了“火星环球勘测者”轨道器和“火星探路者”着陆器。

　　1998年底和1999年初，美国发射“火星生命计划”第二批探测器“火星气候探测器”和“火星极地着陆者”号，都功亏一篑。

　　1998年7月，日本用M5运载火箭发射了其第一个火星探测器“希望”号，但在将要进入火星轨道之际，因出现故障与地面失去联系。

　　2001年4月，美国成功发射“奥德赛”火星探测器。它所携带的复杂仪器能把有关火星上水的现状及其深度、火星表面的地质构造和所受辐射的特征数据传回地球。2002年3月，美国宇航局宣布，“奥德赛”火星探测器传回的火星南极图像和数据表明，火星上有大量的水冰，从而再次激发人类对火星探索的热情。

　　2003年6月2日，欧洲航天局发射了自己的第一个火星探测器———“火星快车”，着陆器在即将着陆时失踪。

　　2003年6月和7月，美国先后发射了“勇气”号和“机遇”号孪生火星车。它们顺利着陆后，在火星表面进行了大范围探测，并通过所携带的高精尖仪器，向地球传回了许多火星表面图片和有关火星岩石、土壤和大气等其他有用数据，其中最重要的是找到了一些火星上有水的证据。它们至今仍在超期服役。

　　2005年8月，美国“火星勘测轨道飞行器”升空。该探测器是当今世界最先进、最大的人造火星卫星，携带了最先进的太空探索装备，能拍摄有史以来最清晰的火星地表图片，可进一步研究可能有水的区域，在成像任务完成之后，它还将为火星着陆器转发数据。

　　特殊使命

　　关于火星上是否有生命的争论已经持续了许多年。科学家们预测，像地球一样，火星在诞生之初曾拥有大量水。为了彻底搞清这一重大问题，从1996年起，美国开始实施“火星生命计划”，即每隔26个月发射1个—2个不载人火星探测器，以便最终确定火星上是否存在生命。

　　根据2001年发射的“奥德赛”号火星探测器上的射线光谱计的测量数据显示，在火星北极地区表面下50厘米厚的土壤层中存在大量冰水，其质量可达50%，南极地区的冰沉积物则更多。所以，美国制定了以寻找水为核心的火星探测战略，“凤凰”号就将是第一个在火星北极地区着陆的探测器。

　　“凤凰”号由美国宇航局下属的喷气推进实验室负责管理，造价4.2亿美元，几乎是造价8.2亿美元的“机遇”号和“勇气”号的一半，这两个孪生探测器于2003年发射，目前仍在火星上漫游。

　　“凤凰”号探测器的名称有着特殊含义。1998年美宇航局发射的“火星气候探测器”因在度量单位上出现错误，结果在靠近火星时被烧成灰烬。而次年发射的“火星极地着陆器”在火星南极点着陆时，因火箭发动机提前关闭，从此下落不明。这两个探测器的残骸迄今尚未被发现。“凤凰”号探测器的设计人员吸取了前两个探测器失败的教训，对部分原来使用的仪器进行了改良，增加了部分仪器。美国科学家希望，这个新的探测器能够像它的名字一样，如凤凰涅槃般浴火重生。

　　“凤凰”号预定降落在火星北极瓦斯蒂塔斯—伯勒里斯平原，着陆点为北纬68度，东经233度，比先前的太空船着陆火星的位置更加靠北一些，相当于地球上的加拿大北部。“凤凰”号探测器是一个固定着陆器，它将在为期3个月的任务时间内，利用先进的挖掘臂深挖火星着陆地点附近的含冰土壤，在其微型火炉中加热土壤样本，研究其化学构成。“凤凰”号的主要任务是研究火星上水的演变历史，确定北极地区的土壤中是否存在支持生命活动的条件，研究火星极地的气候、天气等。

　　一般认为，液态水、有机物质和稳定热源是生命存在的三要素。为了避免“凤凰”号无意之中将地球有机物带到火星，技术人员在准备探测器发射时就已采取了严格措施。“凤凰”号经过了干热处理和精密清洗，其表面微生物数量已降至最低。另外，作为防污染的举措之一，它的机械臂还被封存于特殊材料之中。