未来的火星探测

1996 年 8 月 6 日美国国家宇航局（NASA）宣布了一则消息：对一个名为ALH84001 的陨石进行的研究表明，在火星上可能有生命的痕迹，这在全世界引起了很大的反响。科学界有两种不同的观点，对此争论不休。

在 1996 年中获得的这一研究成果在宣传界引起了轩然大波。科学界争论的双方唯一的共识是：需要更多的论据以支持各自的观点。十分幸运的是， NASA 已开始着手安排火星的探测工作，在 2005 年前要发射一系列的火星探测器，以便从火星上取回样品。这些探测器代表着今后 10 年开发火星的最高

水平。这项计划从 1996 年发射“火星全球勘测者”和“火星探路者”两个探

测器开始，大约每隔 26 个月发射另外一个探测器。“火星全球勘测器者”的

基本任务是取回本应由 1993 年发射的“火星观察者”带回的数据。“火星探路者”基本上是作一个工程实验飞行器，演示在低成本的登火星探测器上采用的技术。

1998 年将发射“火星勘测器 98 环轨飞行器”，到那时 NASA 将从“火星观察者”发射失利的阴影中走出来，开创一个新的探索火星的局面。

在“火星勘测器 98 环轨飞行器”上装载的主要仪器是“压力调节红外辐射器”，“火星观察者”曾携带过这种仪器。这种仪器将把信号发向火星的地平面，从而形成一个火星大气层的横截面，可供测量火星水蒸汽的含量、灰尘质量和温度分布。这样提供出来的证据，可使人们更好地理解水在火星极冠和火星大气中是怎样循环的。该“轨道飞行器”上还装有先进的微型照像机，它既有可拍摄分辨率为 1 千～7 千米火星天气图的广角镜头，又有最

好的分辨率为 40 米的中角镜头，可供研究天气的变化及火星表面风的影响，

照像机重 1 千克。“火星观察者”也曾携带一个照像机，但要笨重得多，重

量为上述照像机的 20 多倍。“火星环轨飞行器”的重量只有 450 千克，大约是“火星全球勘测者”的一半，而后者又是“火星观察者”的一半。1998 年12 月将利用梅德—莱特火箭发射“轨道飞行器”，它将于 1999 年 9 月到达

火星外层空间，在距火星 350 千米的极轨道上运行。

正像“火星勘测器 98 环轨飞行器”是在“火星全球勘测者”所取得的成

绩上制成的一样，“火星勘测器 98 登陆者”将在“火星探路者”的基础上进行研制。

250 千克的“登陆者”将是第一个直接访问一个火星极地的探测器，它将降落在火星的南极地区，这是一个清洁的冰层和充满灰尘的冰层不断交换的地区。像“98 环轨飞行器”一样，“登陆者”也将携带重量很轻的照像机，下视图像器将提供一系列的图像，它从降落伞投放开始工作直到接触火星地面，这些广角的视图将给出范围广阔的火星表面的图像。由“98 环轨飞行器” 摄取远距离的图象，而由“登陆者”摄取的则是很近的图像，处在中间状态的图像也可由“登陆者”摄取。在登陆时采用空气壳或降落伞可以有效地减速。返回火箭推进器可以使“登陆者”用主动的方式接近火星的地面。“登陆者”的中心是一个被称为“气候探测器”的科学仪器集成部件，该部件由美国加州大学研制而成。它重 17 千克，包括一个 2 米长的机器人手臂和用以收集火星表面土壤中冰和固态二氧化碳，它还将装备有气象仪器和用以拍摄火星地面图片的立体摄像器。上述机械臂将搜寻火星表面，将样品送到热脱气分析仪以备以后的试验。“98 登陆者”还将携带激光测距仪（Lidar），该仪器由俄罗斯空间研究所（IKI）研制。该仪器重 1 千克，向火星大气中发射光脉冲，测量反射回来光通量，从而提供数据以说明空气中悬浮的灰尘微粒的浓度。在科学仪器部件周围是一对实验用穿透探头，它是 NASA 专门立项开发研制的，以期产生新的有突破性的技术成果。在进入火星“大气层”之前，探头将从“火星登陆者”上分离开来，落到火星表面上，这些探头进入地下几米深，去寻找地下水。微小的探头重量只有 2.5 千克，直径只有 75 毫米。像“环轨飞行器”一样，“98 登陆者”将被梅德—莱特火箭发射。上述两种探测器都是由洛克希德·马丁公司制造的，耗资 9000 万美元。而研制

一个“火星全球勘测者”则用去了 1 亿 6 千万美元。

除了 1998 年发射的“环轨飞行器”及 1999 年发射的“登陆者”之外，

NASA 还计划在 2001 年及 2003 年发射另外两个火星探测器，但目前仍有些问题尚待解决。利用 2001 年的发射机会，NASA 准备与俄国合作实施“火星合作计划”。其有关事项已于 1996 年 10 月在北京召开的国际星际航行联合会

（IAF）代表大会上做了讨论。然而，从前美、俄的合作很浮浅，仅仅是互相交换一两件仪器罢了。但“火星合作计划”项目却是一个实在的合作。这个探测器将包含俄国的火星漫游器，以及下面的小密封舱。6 个轮子的漫游器是俄国为自己的 96／98 火星工程设计的。当漫游器最终出现在火星上时，其运动是由分离开来的美国“环轨飞行器”来控制的。美国的“环轨飞行器” 可能携带γ射线分光仪。科学家对这些仪器有很高的热情，因为利用它们可以在火星地面上找到水。这是一个关键的课题。

除了“火星合作计划”外，俄罗斯还提出了一个更小的探头的提案。这个探头可以探测火星的卫星火卫 1 和火卫 2。俄罗斯的探头可以搭载在美国

的火星探测器上。

目前 NASA 预计和欧洲航天局在 2003 年的发射窗口发射探测器，名为“因特马斯奈特”（intermasnet ）。 2001 年和 2003 年的发射还有很多待解决

的问题。但是在 1996 年 12 月克林顿总统召集的国际宇航研讨会上已经勾画出了较为清晰的轮廓。

在 2005 年发射窗口来临之前，美国将研制出可靠性高，成本低的机械手火星探测器，它由轨道器、登陆器和漫游器组成，以便从火星表面上取回土壤和岩石的样品。继 70 年代“海盗”探测器后，NASA 长期致力于这个目标。由于采用了更低成本的新技术，探测器的价格大幅度下降了。采集样品的探测器持单程票飞往火星，一旦到达火星，再产生返回地球的动力。 NASA 的工程师们称其为“因西塔”（In—situ）能源设备（ISRU）。由于去火星的旅程不需要负担返回地球的燃料，因而在与地球分离点上，探测器将减少 30

％的重量。由于探测器被制作得很紧凑，可用价格低廉的火箭来发射。登陆器将在火星上停留 19 个多月，在此期间漫游器将在火星上漫步两到三个月，在离探测器几百米方圆的范围内收集用以返回地球的样品。在夜间能源设备将吸收二氧化碳，化学反应器将把它们转化为液氧，这些氧化剂以适当方式与存放在登陆器推进剂燃料箱内的燃料相混合，在离开火星地面前提供上升阶段的动力。

飞行结束后，不超过 1.5 千克～2.5 千克的样品将被带回地球。经过严格挑选的样品可以极大地丰富我们对火星化学成份的认识。火星的地质进化可能回答 ALH84001 陨石提出的问题。该陨石在宇宙间遨游 1600 万年，在进入大气层之时经受烫焦的高温，然后又在南极的冰水中冻了很多年。这些火星样品与陨石不同，从火星表面被采集来，原封不动地保存，因而可以提供可靠得多的信息。