火星被稱“航天器墓地” 飛向火星為何這么難？

　　11月22日，俄羅斯聯(lián)邦航天署副署長達(dá)維多夫在俄地面飛行控制中心對媒體表示，搭載有中國“螢火一號”的“福布斯—土壤”火星探測器飛往火星的可能性已不復(fù)存在。達(dá)維多夫說，向火星發(fā)射航天器的最佳窗口將于本月底關(guān)閉，理論上未來幾天內(nèi)“福布斯—土壤”還有飛向火星的機(jī)會。然而，考慮到地面一直未能同探測器恢復(fù)聯(lián)系，這種可能性已微乎其微。

　　“惡劣”火星

　　火星被稱為“航天器的墓地”

　　火星，這顆距地球最近的紅色行星，讓人類產(chǎn)生過無數(shù)幻想。

　　火星上到底有沒有生命，是人們最想知道的問題。1962年11月，蘇聯(lián)發(fā)射了“火星1號”探測器，這被看作是火星探測的開端。從那以后，50年來，圍繞這一問題，蘇聯(lián)、美國、日本、俄羅斯和歐洲總共向火星發(fā)射了約40顆探測器，把火星地表、巖石和土壤成分作為探測的主要目標(biāo)，但其中超過60%以失敗告終。也正因如此，火星被稱為“航天器的墓地”。

　　神秘火星

　　表面很像地球，讓人類產(chǎn)生無數(shù)幻想

　　作為太陽系九大行星之一，火星上也有四季，每季長6個月。火星表面不像月亮上那樣密布著環(huán)形山，而更像地球上的巖石、火山和沙漠區(qū)域。由于它表面很像地球，過去人們一直認(rèn)為，火星是太陽系中最可能有生命的一個星球。甚至有許多科學(xué)幻想小說里，已經(jīng)出現(xiàn)了“火星人”。

　　從蘇聯(lián)、美國發(fā)往火星的探測器傳回的訊息看，火星是一個荒蕪、寂寞的曠野，布滿了沙丘、巖石，氣候像沙漠那樣干燥，比南極洲還要寒冷得多。火星上的大氣基本上是二氧化碳。但是，科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)，火星上有的地方水蒸氣比較多，地球上的許多生物在這種條件下也可以生存。

　　距離遠(yuǎn)

　　4億公里的地、火距離導(dǎo)致遙控遙測困難

　　雖然讓人類產(chǎn)生很多幻想，到火星“串門”卻很難。

　　首先是距離遠(yuǎn)。迄今為止，我國的太空探測器所到達(dá)過的最遠(yuǎn)位置，是日—地系統(tǒng)的“拉格朗日點(diǎn)”的2號位置。它到地球的距離大約相當(dāng)于地月距離——38萬公里的四倍，也就是大約150萬公里。而火星距離地球的最近距離則達(dá)5500萬公里，最遠(yuǎn)距離則超過了4億公里。如果“螢火一號”到達(dá)火星后，與地球的距離將為3.56億公里。

　　如果把在星際航行的探測器比作“風(fēng)箏”，航天測控網(wǎng)就是那一根牽住“風(fēng)箏”的線。通過這條看不見的“線”，地面控制系統(tǒng)可以對探測器的飛行軌跡、姿態(tài)、各個系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行測量、監(jiān)視與控制。

　　而信號的強(qiáng)度與距離是成反比的，超遠(yuǎn)距離會帶來信號衰減和傳輸延時等困難。

　　由于地球與火星最遠(yuǎn)相距4億公里，需要實(shí)施超遠(yuǎn)距離的測控和通信，以確保指令的上傳和數(shù)據(jù)的下傳，這就要求地面測控站的天線孔徑很大，發(fā)射足夠大的上行功率和接收來自數(shù)億公里遠(yuǎn)的火星探測器發(fā)回的下行微弱信號。此外，遙遠(yuǎn)的地、火距離，還使得信號往返一次至少需要45分鐘，因此，必須要求探測器高度自主完成事先設(shè)置好的功能。

　　除此之外，火星探測器還面臨著如何實(shí)現(xiàn)多星定向問題。多星定向是姿態(tài)控制里的難題，往地球傳數(shù)據(jù)時要對地球定向；拍攝火星時儀器要對火星定向；太陽能帆板還要隨時對太陽定向，這對探測器的姿態(tài)控制來說都是極大的挑戰(zhàn)。

　　溫度低

　　零下200℃左右的環(huán)境溫度挑戰(zhàn)探測器性能

　　對火星探測器而言，這個星球的嚴(yán)寒是一大挑戰(zhàn)。火星上的黑夜被稱為“長火影”，環(huán)境溫度達(dá)到-200℃左右，最長持續(xù)時間達(dá)8.8小時。一旦探測器順利抵達(dá)火星軌道，它將面臨7個長達(dá)8.8個小時的“長火影”。在此期間探測器將得不到太陽能量，環(huán)境溫度低于零下200℃， 過低的溫度很可能將探測器“凍死”。只能讓部分部件進(jìn)入休眠狀態(tài)，待離開“長火影”后，這些部件再被輸電“喚醒”。美國“鳳凰”號探測器就在火星的嚴(yán)冬中被“凍死”。針對“螢火一號”，上海科研人員曾在地面上做了大量試驗(yàn)，讓“螢火一號”的太陽能帆板在-190℃時仍能順利打開，在極端環(huán)境下也能進(jìn)行“休眠—喚醒”作業(yè)。

　　此外，還需要解決探測器深冷溫度環(huán)境下的控制問題以及部件的“超低剩磁”控制問題等，這些都是以前地球衛(wèi)星、月球衛(wèi)星沒有遇到過的難題。

　　美國宇航局蘭利研究中心的沃爾特—恩格倫德說：“我們每次發(fā)射探測器飛至火星總會獲得一些經(jīng)驗(yàn)，使未來的航天器更先進(jìn)。我們現(xiàn)已掌握到火星大氣層存在較大的變化，比地球大氣層更富有動態(tài)變化。”

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