首页 要闻 中国 广东 国际 港台 社会 法制 专题 理论 动漫 财经 体育 娱乐 教育 科技 IT 房产 旅游 人才 汽车 女性 订报 English 社区
 

 

南方搜索
站内 网页
南方网·科技频道
  要闻推荐
·
专题:美国“勇气”号1月4日成功登陆火星 寻觅水与生命之旅
·
最新专题:中国航天年完美句号 "双星计划"首星成功发射
·
科技攻关:依靠科学战胜非典 科学研究最新进展专题
·
圣诞来临新年将至 借你一双慧眼 2003年度最“红”手机导购
·
图辑 像鸟儿一样飞翔 百年盛典 世界百年飞机与你共精彩回眸
·
2003年“302杯”中国医药科技十大新闻在京揭晓
·
最新研究:一天吃一个桔子可使人们避免癌症侵袭
·
英国科研:女人最好不近男色 结婚不利男人健康
·
TCL赴德投资尝甜头 粤德企业家共话合作商机闪亮
·
最新预测:2004年全球半导体芯片销售预计增17%

  专题集锦


  您现在:南方网首页 > 科技 > 专题集锦 > 红色星球火星秀 > 相关知识
火星探索十年展望

2003-12-26 08:40:37 科学探索杂志

欢迎进入专题:红色星球火星上演秀

  南方网讯 作为人类的近邻,火星表面上是否曾经或至今依然存在生命是人类十分关心的一个问题。了解火星的演化对了解地球自身的过去和未来都有着十分重要的意义。美国近几年的火星探测工作既有成功的喜悦,也有失败的教训。1999年火星气候轨道器和火星极区着陆器两个探测器的接连失败曾引起了各方的广泛批评和关注。此后,美国调整了其火星探索战略,推迟了取样回送任务的时间,但火星探测计划的总体目标并未改变,主要是要通过找水来寻找火星上有生命存在的迹象。去年12月4日,有关方面公布,火星上的一些地方有层状沉积岩存在,使科学家们更加坚信火星上曾经有水。

  从地球向火星发射探测器的时机一般每26个月才出现一次。此时不失时机地把探测器送上旅程,可缩短行程,节省资源。美国在1996和1998年的两次发射时机出现时,都曾发射了探测器。2001、2003和2005年的3次机会,美国及其欧洲伙伴也都安排了探测器的发射。另外,他们还正在准备掀起更大规模的火星探测热潮,包括在2007年开展火星取样回送任务试验,并在2011年发射正式的火星取样回送探测器。2009年,美国和意大利可能会联合进行一项火星探测任务。此外,美国还在同俄罗斯讨论该国加入国际性的火星探测计划的问题。

  据美国航宇局估计,今后10年各参加国在火星取样回送任务(包括各项前期准备性探测任务)上要花掉将近20亿美元,其中约14亿美元将花在轨道器、着陆器和运载工具上,3亿美元用于行星保护工作(如防止火星上的危险细菌被带回地球),另有2~2.5亿美元将用于技术开发。

  2001年:奥德赛发射在即

  美将于今年发射一颗火星探测轨道器,称为奥德赛。美国航宇局原准备在今年分别向火星发射一个轨道器和一个着陆器,但在遭受了1999年的两次挫折后取消了着陆器项目,决定只保留轨道器。奥德赛重758公斤,定于今年4月7日用德尔它2型火箭发射(发射窗口为21天),10月20日进入周期25小时的椭圆形极捕获轨道,最终将工作于高400公里、周期2小时的一条圆形高太阳同步轨道。它将用两年时间进行火星表面测绘和环境测量,了解与载人火星探测甚至人类定居火星有关的一些基本问题。它携带3台科学仪器,其中有两台可用于寻找火星表面或接近表面处的水源,使火星找水工作再向前迈进一步。

  2003年:美欧日分头行动

  2003年是发射火星探测器较为理想的机会。根据计划,美将在这一年发射两辆火星探索漫游车(MEV)。同一年,欧空局还将发射欧洲的第一个火星探测器——火星快车,其上还将搭载英国一个称为猎兔犬2的着陆器。另外,日本的希望号火星探测轨道器在经过漫长的旅行后也将差不多同时到达火星。两辆火星探索漫游车具体要着陆在什么地方,目前还没有最后确定,估计去年12月公布的层状沉积岩发现会对着陆场选定产生重要影响。另据最新报道,美国航宇局有关部门正在考虑取消2003年拟发射的两辆漫游车之一,以缓解对研制进度和深空跟踪通信网的压力。

  火星探索漫游车将采用气囊着陆技术。它们携带的科学有效载荷包括全景和显微相机、热红外光谱仪、用于识别含铁矿物的一种光谱仪和用于测量岩石及土壤元素组成的一种光谱仪。两辆漫游车将分别在2003年5月和6月使用德尔它2型火箭发射,次年1月份到达火星表面。

  欧洲的火星快车探测器将对火星上的水和其它生命迹象进行迄今最为彻底的一次搜索。科学家们很早就知道火星的两极地区可能有冻结状态的水,火星稀薄的大气中也有水蒸气存在。他们还发现在火星表面的其它地方古时候可能曾经存在过大量的水。据他们推测,大约在36亿年前,火星上发生了突然的天气变化或其它什么事件,导致气压和气温骤降,使表面上的水消失到了大气及深空中,或消失到了地下。

  火星快车造价1.27亿美元,装有7台探测仪器,其中3台主要用于研究火星大气,另4台的研究对象主要是岩石和土壤。它所携带的一台探测雷达可用一对40米长的天线探测火星地下情况,能识别地下0.5~5公里深处的冰和岩石,是轨道穿地雷达首次用于探测行星(包括地球)表面之下的情况。

  火星快车将在2003年6月由俄制联盟/弗雷盖特运载火箭发射,同年底到达火星轨道,与两辆美制漫游车和日本希望号轨道器的“到站”时间基本相同。它还将为其它火星探测器(包括2005年甚至2007年将发射的探测器)提供通信中继。火星快车充分利用了已发射失败的俄罗斯火星96探测器项目的成果。火星96由一个轨道器、两个着陆器和两个穿地装置组成,其有效载荷有许多是由其它欧洲国家提供的。

  猎兔犬2着陆装置将在火星快车即将进入火星轨道之时与之分离,随即降落到火星表面上。如果成功,它将成为美国和前苏联之外的国家第一个登陆火星的探测器;而如果美国的两辆火星探索漫游车着陆器也能安全登陆,火星上将首次出现3个着陆器同时在那里工作的情况。猎兔犬2将对火星岩石和土壤进行现场分析,而这种分析是火星快车找水工作的一个重要组成部分。该着陆装置重仅60公斤,尺寸还不如一辆自行车大,造价仅4200万美元,经费来自科研机构和私人赞助。日本的希望号探测器早在1998年7月就已发射,原定于1999年10月进入火星轨道。但由于一个推力器阀门出故障,导致推进剂泄漏,有关方面不得不临时决定让该探测器借用太阳和地球的引力继续飞行,致使到达日期被推迟到了2004年1月。它的主要任务是研究火星上层大气及其与太阳风的相互作用。

  2005年:侦察轨道器出发

  这一年美国将发射火星侦察轨道器(MRO)。该轨道器上的一台仪器可以对火星表面上20~40厘米大小的物体进行成像。它还将带有一台可见光/近红外成像光谱仪、两台从失败的火星观察者和火星气候轨道器所带的仪器改进而来的仪器,并可能再携带一台其它仪器。火星侦察轨道器的大小与用德尔它2火箭发射的火星全球勘测者(MGS)差不多,但由于2005年的发射机会相比较而言不是特别理想,所以需要使用运载能力更强一些的德尔它3级火箭来发射。

  2007年:试验取样回送技术

  目前,火星探测计划2005年之后的安排都还没有最终确定,有些细节还可能发生变化。但2007年的发射机会对于验证取样回送任务所需的下一代轨道器、着陆器和漫游车技术意义重大。这一年要发射的探测器中包括由美国研制的一个着陆器和一个体形更大、能力更强的漫游车,还包括由法国提供的一个样品回送轨道器。按照目前的计划,意大利还将提供一颗专用通信卫星,用以把火星表面探测器采集到的大量科学数据中继传送回地球。这一年没有安排对火星上升飞行器(MAV)进行验证,但届时有可能在火星轨道上由法制轨道器弹射部署一个小型样品容器模型,用于试验交会和捕获技术。另外,美国航宇局这一年还准备发射首颗侦察兵型火星探测器。

  2007年要发射的美制着陆器将是一种先进的、带有智能化特点的精确着陆装置。它具有危险识别能力,采用直接进入技术进入火星大气。它使用超音速减速伞减速,着陆时使用可压扁的着陆架或火星探路者探测器曾用过的气囊着陆系统。该着陆器可能将携带一个大型远程漫游车,所带的科研仪器在100公斤以上。它们将由德尔它4级的火箭发射。

  由法国提供的轨道器由巡航级、气动捕获级和主级三部分组成。巡航级使用一对太阳能帆板提供电力,在飞往火星的路上使用。它将带4个组网着陆器,在释放了4个着陆器后同主级分离。气动捕获级将首次利用气动捕获技术进入环火星轨道,用于在轨道器穿越火星大气的过程中对其提供保护。这种技术可节省入轨所需的推进剂。主级上面带有轨道器有效载荷和各种功能性系统。该轨道器还要试验离开火星轨道的技术,以便将来用在真正的样品回送任务上。

  4个组网着陆器将研究火星表面和亚表面地质物理学、内部构造、全球气象和气候以及电离层。它们每个都带有一套进入、下降和着陆(EDL)系统、花瓣状的表面舱和科研组件。每个着陆器重66公斤,其中有效载荷重5.5公斤。它们将从轨道器入轨前20天开始逐个利用自旋弹射装置弹出,每次分离操作需要4天。

  作为样品回送任务准备工作的一部分,美国航宇局有意在2007年发射的大型漫游车上使用放射性同位素电力系统(RPS)取代太阳能帆板。这种系统可大大增加漫游车的行程和使用寿命,提高其开展实验活动(如钻探)的能力。采用这种系统的漫游车可能在火星表面上工作一个火星年(约相当于地球上的两年)。不过,是否使用该系统可能要到2002年再做出最后决定。其它可供选择的方案包括使用燃料电池和仍采用太阳能帆板,但使用新的方法定期清扫帆板表面。

  与RPS系统相比,太阳能帆板的弱点在于火星上尘埃遍布,天长日久会在太阳能电池表面上积攒起来,影响其工作效率。火星上空阴沉沉的大气和探测器结构件的遮挡也将影响帆板接受阳光照射。另外,采用太阳能帆板还限制了探测器着陆地点的选择,因为在纬度太高的地方,太阳能帆板的光照条件将满足不了要求。由于昼夜交替变化,太阳能电力系统还存在着热力循环问题,影响其工作寿命。

  美国航宇局除正在制订火星探测的战略目标外,还在规划开展一系列的侦察兵型任务,以建立火星探测的其它方法,包括在火星上空部署小型飞机和气球。侦察兵任务的经费限定在3亿美元以下(包括探测器和运载工具),可能从2007年开始每隔一次发射机会进行一次。今年底之前美国航宇局可能会选出4~5项方案拨款进行更深入的研究,6个月后再从中选出一项进行研制,2007年发射。

  2009年:美意合作发射轨道器

  由于各参加国都要为接下来在2011年开展样品回送工作做资金、技术和资源方面的准备,加上考虑到2007年的验证任务可能会带来一些变数,所以相对而言,2009年是火星探测器发射的“淡季”。意大利可能会和美国航宇局一起在这一年发射一颗轨道器,但目前还没有最后确定。该轨道器将采用意大利为2007年的验证任务设计的通信卫星星体设计,但改装科学仪器,如可对火星表面进行高分辨率测绘的一台合成孔径雷达。

  2011年:开展取样回送任务

  目前来看,2011年是开展火星取样回送任务的最早机会。火星取样回送任务要使用的探测器可能包括美国提供的一个精确着陆器、一个大型漫游车和一个火星上升飞行器以及法国方面提供的一个样品回送轨道器。美、法的探测器都可能要用德尔它4级的火箭发射。2009和2011年的发射机会对发射样品回送探测器都较为有利,而随后的两次机会(2013和2015年)则不太理想。

  美国航宇局为此次取样回送任务制订了一个基准方案,用于同其它方案进行对比。其它方案只有确实比基准方案好,才能得到选用。目前确定的基准方案要求探测器直接进入火星大气层,使用远程漫游车和无制导火星上升飞行器,在绕火星轨道上抓取样品罐和让样品直接回到地面。该方案要求由漫游车拾取火星表面样品,并传送到火星上升飞行器中的样品罐内。按照最简单的配置,火星上升飞行器高为1~1.5米,重约150公斤,可能使用固体火箭推进,也可能采用可贮液体推进剂系统等其它方案。采用可贮液体推进剂时,该飞行器的重量在750公斤左右。上升飞行器将把样品罐从火星表面送到低火星轨道。该飞行器的设计应力求简单,交会所需的系统要放在法国提供的轨道器上。

  2007年发射的试验性轨道器上将带有一台用于在轨道上寻找样品罐模型的无线电跟踪系统和一台对样品罐进行跟踪的激光雷达,以便与样品罐模型进行交会并将其捕获。两者的交会将自主进行。

  按基准方案的要求,样品回送航天器将不进入地球大气层,由它上面的一个地球进入飞行器(EEV)在分离后带着样品罐进入地球大气,然后借助于防热罩和降落伞着陆。

  除基准方案外,考虑之中的另一种办法是不在火星轨道上交会,而让样品回送装置直接沿一条返回地球的轨道离开火星表面。样品回送探测器可能使用的其它技术方案包括离子电推进技术和样品容器与回送航天器在绕太阳运行的轨道上交会的技术。另一项方案是把带有样品的回送航天器送入绕地球运行的轨道,然后由航天飞机在轨道上回收,而不是利用防热罩和降落伞系统直接回到地面。(编辑:王秀)



关闭窗口
相关新闻:
· "猎兔犬2"号与地面联系失败
· 美国探测器仍未收到欧洲火星登陆器信号
首页 要闻 中国 广东 国际 港台 社会 法制 专题 理论 动漫 财经 体育 娱乐 教育 科技 IT 房产 旅游 人才 汽车 女性 订报 English 社区
广东省科技厅 南方新闻网合办
如果您在本页面发现错误,请先用鼠标选择出错的内容片断,然后同时按下“CTRL”与“ENTER”键,以便将错误及时通知我们,谢谢您对我们网站的大力支持。