火星是自然環(huán)境最接近地球的行星，所以被認(rèn)為是最適合人類移民的星球。近百年來，科學(xué)家們對這顆紅色的星球進(jìn)行了種種猜測，人們幻想著火星上布滿蔚藍(lán)色的大海、縱橫交錯(cuò)的河流、郁郁蔥蔥的深藍(lán)色的植物，甚至還有火星人等，飛往火星是人類多年的愿望。火星探測的主要目的是探索天體的演化過程，尋找生命存在的證據(jù)，進(jìn)而揭示生命的起源。經(jīng)過幾十年的努力，人類已經(jīng)對火星有了一定的了解，如它的直徑約為6800km，質(zhì)量約為地球的1/10，火星表面溫度隨季節(jié)和晝夜變化較大，在-80°C到+20°C之間，火星表面被沙漠和巖石覆蓋，兩極存在大量的冰，火星存在微弱的磁場和稀薄的大氣，每年有幾個(gè)月連續(xù)的沙塵暴等等。然而這些了解還是很初步的，揭開火星之謎還需要人類不懈的努力。
前蘇聯(lián)于1960年10月10日發(fā)射了世界上第一個(gè)火星探測器“Marsnik -1”，美國也于1964年11月5日發(fā)射了 “水手-3”號火星探測器，但是都沒有成功。1964年11月28日美國的“水手-4”成功地實(shí)現(xiàn)了人類歷史上第一次火星飛越，而前蘇聯(lián)于1971年5月28日發(fā)射的“火星-3”號實(shí)現(xiàn)了第一次火星軟著陸，不過由于遇上了塵暴，在著陸后僅僅20秒，著陸器上的儀器就停止了工作。截止到2001年底，人類共發(fā)射了31個(gè)火星探測器。其中美國14個(gè)，前蘇聯(lián)（包括俄羅斯）16個(gè)，日本1個(gè)。在發(fā)射成功的15個(gè)火星探測器中，有美國9個(gè)，前蘇聯(lián)6個(gè)。其中飛越火星5個(gè)，火星軌道器6個(gè)，火星著陸4次（1次有火星漫游車）。從1960年至1975年期間，美國先后發(fā)射了“水手”系列和“海盜”系列探測器，前蘇聯(lián)則發(fā)射了“火星”系列探測器，并發(fā)射了“探測器-2”、“Sputnik-22”、“Sputnik-24”、“宇宙-419”探測器。
圖1 “海盜”號著陸器
1992年9月25日，美國發(fā)射了“火星觀測者”軌道器，揭開了新一輪火星探測的序幕。然而該探測器在預(yù)計(jì)入軌的前三天與地面聯(lián)系中斷。此后美國先后發(fā)射了“火星全球勘探者”、“火星探路者”、“火星氣候軌道器”、“火星極地著陸器”和“火星奧德賽”。但只有“火星全球勘探者”、“火星探路者”和“火星奧德賽”獲得了成功。其中“火星氣候軌道器”于1998年12月11日發(fā)射，1999年9月23日到達(dá)火星，由于一個(gè)導(dǎo)航錯(cuò)誤使它進(jìn)入了火星大氣層，被加熱燒毀。“火星極地著陸器”于1999年1月3日發(fā)射，12月3日到達(dá)火星軌道，但飛行器在進(jìn)入火星大氣之前就和地面失去了聯(lián)系，至今下落不明。俄羅斯在1996年發(fā)射了“火星96”探測器，但在發(fā)射4小時(shí)后墜入太平洋。日本于1998年發(fā)射了“希望”號火星軌道器，然而沒能進(jìn)入火星軌道，現(xiàn)在正圍繞太陽運(yùn)行。
1996年11月7日，美國發(fā)射了“火星全球勘測者”軌道器，1997年12月12日進(jìn)入火星軌道。發(fā)射質(zhì)量1030.5 kg，在軌干質(zhì)量629 kg，運(yùn)行在378km的太陽同步軌道，并首次利用太陽帆板提供阻力進(jìn)行了氣動(dòng)剎車。“火星全球勘測者”的任務(wù)是利用高分辨率成像系統(tǒng)繪制火星表面圖，研究火星地形和重力場，測定火星表面和火星大氣中的水和灰塵，研究火星的天氣和氣候、火星表面和火星大氣的組成、火星磁場的存在和發(fā)展，也為后續(xù)的探測器提供中繼服務(wù)。所攜帶的儀器包括，分辨率為1m的火星軌道攝像機(jī)：用于繪制火星表面圖，熱散射光譜儀：用于測量火星上目標(biāo)散發(fā)能量的紅外線譜，從而可以研究巖石、土壤、大氣塵埃、云和冰的組成，火星軌道激光測高儀：組合其測量信息可以得到火星表面地形圖；無線電科學(xué)儀器：通過對無線電信號的多譜勒變化來確定火星的重力場； 磁強(qiáng)計(jì)：用于監(jiān)測火星的磁場，并確定磁場的強(qiáng)度和方向。“火星全球勘探者”傳回的數(shù)據(jù)顯示火星兩極存在大量的冰，甚至可能有液態(tài)的水，這預(yù)示著生命存在的可能性。
圖2 “火星探路者”著陸器
1996年12月4日，美國發(fā)射了“火星探路者”著陸器（見圖2），1997年7月4日到達(dá)火星。著陸器質(zhì)量為264kg, 并攜帶一個(gè)質(zhì)量為10.5kg的“旅居者”漫游車。
“火星探路者”的主要任務(wù)是研究低價(jià)火星表面探測的可行性，并檢驗(yàn)火星漫游車和著陸器間的通訊、著陸器和地球間的通訊、成像設(shè)備和敏感器的性能，研究進(jìn)入火星大氣的技術(shù)、繪制長期的與詳細(xì)的火星表面圖，為進(jìn)一步勘探火星提供環(huán)境特征，還包括對巖石和土壤進(jìn)行分析等任務(wù)。
這是第一個(gè)使用“半軟著陸”技術(shù)的火星探測器，它借助于降落傘、減速火箭和氣囊直接進(jìn)入了火星大氣層,在降落途中進(jìn)行大氣測量。火星探路者以18m/s的速度撞擊了火星表面,在撞擊后跳躍了15次而且滾動(dòng)2.5分鐘，最后穩(wěn)定在離初始撞擊點(diǎn)約1km的位置。著陸器被包在三個(gè)三角形的太陽帆板內(nèi)，著陸完成后帆板打開。“旅居者”漫游車有六個(gè)輪，由地面操作系統(tǒng)根據(jù)漫游車和著陸器獲得的圖像來控制漫游車，控制時(shí)間遲后約10分鐘。漫游車的運(yùn)動(dòng)范圍距著陸器10m左右，設(shè)計(jì)壽命是7個(gè)火星日，實(shí)際工作了兩個(gè)多月，并發(fā)回了16550張彩照、15份火星土壤和巖石化學(xué)成分分析結(jié)果及大量的氣候、風(fēng)力、風(fēng)向等測量數(shù)據(jù)，當(dāng)年9月27日與地面通訊聯(lián)系中斷。
日本于1998年7月3日發(fā)射了“希望”號火星軌道器,發(fā)射質(zhì)量540kg,在軌干質(zhì)量258kg。發(fā)射后進(jìn)入340 x 400,000 km的橢圓地球軌道。原計(jì)劃于1999年10月11日進(jìn)入火星軌道，由于推力器問題，使它錯(cuò)過了到達(dá)火星的時(shí)間，現(xiàn)在只剩下少量燃料。該飛行器正在橢圓軌道上繞太陽飛行，等待下次同火星相遇。它將在2003年12月再次與火星相遇并入軌。
圖3 “火星奧德賽”軌道器
2001年4月7日，美國發(fā)射了“火星奧德賽”軌道器（見圖3），當(dāng)年10月23日晚成功進(jìn)入火星軌道，并于10月30日傳回了第一幅圖像。軌道器主體是2.2mx1.7mx2.6m的箱型結(jié)構(gòu)。軌道器分成兩個(gè)艙,上級為設(shè)備艙,下級是推進(jìn)艙。一個(gè)可展開的6米長的梁支承伽馬射線分光儀的敏感器頭。發(fā)射質(zhì)量為725.0kg，在軌干質(zhì)量為376.3kg。
“火星奧德賽”的任務(wù)是收集數(shù)據(jù)，確定火星環(huán)境是否適合生命的存在,提取火星的氣候和地質(zhì)特征,研究可能對未來的宇航員構(gòu)成潛在威脅的射線，并在軌道上對火星表面進(jìn)行詳細(xì)的礦物學(xué)分析和放射性環(huán)境的測量。這個(gè)軌道器將作為“火星2003漫游車”和可能的其他任務(wù)的通訊中繼星，從軌道上收集數(shù)據(jù)的工作直到2004年7月，然后繼續(xù)作為通訊中繼星一直工作到2005年10月。
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