沈羨云

準(zhǔn)備啟程

近些年來(lái)，我國(guó)航天探測(cè)的喜訊不斷，繼我國(guó)實(shí)現(xiàn)載人航天和太空行走后，又開(kāi)始向外星進(jìn)軍?！版隙鹨惶?hào)”的成功奔月，為我國(guó)月球探測(cè)打響了第一炮。現(xiàn)在，一個(gè)更偉大的深空探險(xiǎn)計(jì)劃又將起步了：今年10月6日至16日期間，我國(guó)的第一個(gè)火星探測(cè)器“螢火一號(hào)”將奔赴火星，行程3.5億千米左右，歷時(shí)10個(gè)月，預(yù)計(jì)2010年8月抵達(dá)火星軌道，開(kāi)始獨(dú)立履行火星探測(cè)的偉大使命。這是我國(guó)火星探測(cè)“繞、回、落”“三步走”戰(zhàn)略中的第一步，也是繼載人航天工程、探月工程之后，我國(guó)首次開(kāi)展的地外行星空間環(huán)境的探測(cè)活動(dòng)。目前“螢火一號(hào)”正在莫斯科與俄羅斯火衛(wèi)一土壤探測(cè)器——“福布斯一格朗特”進(jìn)行對(duì)接試驗(yàn)，如果一切順利，將在火星離地球最近的時(shí)間窗口發(fā)射。

說(shuō)起“螢火一號(hào)”名字的由來(lái)，還是起源于典故。由于火星呈紅色，熒光像火，亮度常有變化，中國(guó)古代將其稱(chēng)為“熒惑”，有“熒惑火光，離離亂惑”的意思。所以，我國(guó)的航天工作者將中國(guó)的第一顆火星探測(cè)器命名為“螢火一號(hào)”?！拔灮鹨惶?hào)”火星探測(cè)項(xiàng)目是與俄羅斯合作開(kāi)展的。根據(jù)中俄合作協(xié)議，“螢火一號(hào)”探測(cè)器將與俄羅斯的火衛(wèi)一“福布斯一格朗特”著陸探測(cè)器共同搭乘俄方的“天頂”號(hào)運(yùn)載火箭上天。到達(dá)火星軌道后，“螢火一號(hào)”與“福布斯”將分道揚(yáng)鑣，“福布斯”轉(zhuǎn)途探測(cè)火衛(wèi)一，并登陸采集火衛(wèi)一的土壤返回地球；“螢火一號(hào)”則進(jìn)入繞火星的橢圓形軌道，展開(kāi)太陽(yáng)帆板，正式開(kāi)始履行它的火星探測(cè)使命?！拔灮鹨惶?hào)”搭乘俄羅斯運(yùn)載火箭的原因是火星探測(cè)在技術(shù)上要求很高，要想讓探測(cè)器脫離地球的引力場(chǎng)，其速度必須達(dá)到第二宇宙速度(>11.2千米／秒)。同時(shí)，運(yùn)載火箭在飛行過(guò)程中要多次關(guān)機(jī)、點(diǎn)火，這對(duì)火箭的要求很高。目前，我國(guó)的火箭還不具備此能力，故搭載俄羅斯的火箭，為我國(guó)今后的自力更生火星探險(xiǎn)先探探路。

肩負(fù)的任務(wù)

與美國(guó)的火星探測(cè)器“勇氣號(hào)”、“機(jī)遇號(hào)”(重180千克)，以及計(jì)劃將要發(fā)射的新型火箭車(chē)(重600千克)相比，“螢火一號(hào)”算得上是火星探測(cè)器家族中的“輕騎兵”、“小個(gè)子”，因?yàn)椤拔灮鹨惶?hào)”長(zhǎng)和寬只有75厘米，高為60厘米，它的體重也只有110千克。但是，如此小巧玲瓏的身體上卻長(zhǎng)出了3對(duì)大“翅膀”，其展開(kāi)后可達(dá)7.85米。這是因?yàn)榛鹦巧咸?yáng)光照強(qiáng)度低，只有地球的二分之一左右，帆板要足夠大才能給“螢火一號(hào)”提供充足的能量。火星探測(cè)器進(jìn)入環(huán)繞火星軌道后，探測(cè)器將在800千米至8萬(wàn)千米的火星軌道上運(yùn)行，它的體內(nèi)攜帶了等離子探測(cè)包、磁通門(mén)磁強(qiáng)計(jì)、掩星探測(cè)接收機(jī)、光學(xué)成像等4個(gè)種類(lèi)的有效載荷，在火星軌道上將進(jìn)行為期一年的科學(xué)探測(cè)活動(dòng)。

“螢火一號(hào)”的主要任務(wù)有兩個(gè)。第一個(gè)是拍照和探測(cè)火星附近空間環(huán)境，為我國(guó)下一步火星探測(cè)打基礎(chǔ)?！拔灮鹨惶?hào)”攜帶的幾件“寶貝”就是為此服務(wù)的：光學(xué)成像儀將對(duì)火星和火衛(wèi)一進(jìn)行攝影；等離子探測(cè)包可探測(cè)火星周?chē)牡入x子態(tài)；磁通門(mén)磁強(qiáng)計(jì)可以了解火星外環(huán)境，測(cè)量火星上空的磁場(chǎng)強(qiáng)度、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和高能粒子等等；掩星探測(cè)接收機(jī)是用“掩星法”來(lái)探測(cè)火星大氣層和電離層。

第二個(gè)目的是企圖破解火星表面水消失之謎?；鹦翘綔y(cè)最主要的目的之一是要了解火星上到底有無(wú)生命。水是生命的象征，因此，以前發(fā)射的火星探測(cè)器都在尋找火星上的水。幸運(yùn)的是美國(guó)的“機(jī)遇號(hào)”、“勇氣號(hào)”、?鳳凰號(hào)”在火星上都發(fā)現(xiàn)了水的痕跡。但是，當(dāng)探測(cè)器的鏟子挖出白色的物質(zhì)后，第二天白色痕跡就消失了，其原因可能是水分蒸發(fā)了或者它是干冰。目前水的痕跡發(fā)現(xiàn)很多，但并沒(méi)有直接發(fā)現(xiàn)水，所以還不能最后確定火星上是否有水?！拔灮鹨惶?hào)”一個(gè)重要任務(wù)是探測(cè)、研究火星表面水消失的原因。

闖三關(guān)

實(shí)現(xiàn)火星探測(cè)可不像月球探測(cè)那樣容易，“螢火一號(hào)”要實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)，必須過(guò)以下三關(guān)。

第一關(guān)是要進(jìn)入火星軌道?！拔灮鹨惶?hào)”的飛行過(guò)程與其他火星飛行器相同，不過(guò)這次是“一箭雙星”?！疤祉?xiàng)”號(hào)火箭升空后，先在距地面200千米的遠(yuǎn)軌道飛行4小時(shí)，然后飛到距地面1萬(wàn)千米的過(guò)渡橢圓軌道，進(jìn)行26小時(shí)的無(wú)動(dòng)力飛行。之后，火箭主發(fā)動(dòng)機(jī)再次啟動(dòng)，“螢火一號(hào)”徹底告別地球，進(jìn)入從地球到火星的雙曲線(xiàn)軌道，與“福布斯”同甘共苦地共同飛行11個(gè)月。到達(dá)火星軌道后，聯(lián)合探測(cè)器將共同繞火星飛行幾天。在聯(lián)合飛行的過(guò)程中，兩顆衛(wèi)星通過(guò)電纜連接在一起，“螢火一號(hào)”的能量由“福布斯”供給。其間，俄羅斯的探測(cè)器會(huì)找一個(gè)相對(duì)合適的位置把“螢火一號(hào)”放下，使其圍繞火星飛行，“福布斯”則轉(zhuǎn)途去探測(cè)“火衛(wèi)1”。“螢火一號(hào)”能否順利切入到火星軌道，它自身不起任何作用，主要由俄羅斯火箭決定。因此，此關(guān)是由俄羅斯來(lái)闖。

第二關(guān)是火星探測(cè)器到達(dá)火星軌道后的控制問(wèn)題。當(dāng)“天頂”號(hào)火箭將“螢火一號(hào)”放下之后，探測(cè)器的所有活動(dòng)由我國(guó)自己來(lái)控制。這時(shí)，探測(cè)器距離地球有1億多千米，在這么遠(yuǎn)的一個(gè)范圍內(nèi)，衛(wèi)星要想準(zhǔn)確進(jìn)入軌道，及在軌道上飛行和對(duì)火星探測(cè)，需要有很好的測(cè)控系統(tǒng)。由于距離太遙遠(yuǎn)，地面測(cè)控中心收到的信號(hào)非常微弱。如果接收不到這些微弱的信號(hào)，地面就無(wú)法判斷探測(cè)器是否在火星軌道上，也無(wú)法對(duì)探測(cè)器的飛行進(jìn)行控制。

現(xiàn)在，我國(guó)已經(jīng)解決這個(gè)問(wèn)題了，我國(guó)科技人員完全有能力捕捉到來(lái)自“螢火一號(hào)”的信號(hào)。為了接收到“螢火一號(hào)”的微弱信號(hào)，位于上海、北京、昆明和烏魯木齊的4臺(tái)射電望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合組成中國(guó)甚長(zhǎng)基線(xiàn)干涉儀(VLBI)網(wǎng)，這種用于深空探測(cè)器的測(cè)量技術(shù)從理論上來(lái)說(shuō)受探測(cè)器到地球距離的影響比較小，利用長(zhǎng)達(dá)幾千千米的基線(xiàn)，可以極大地提高對(duì)測(cè)量目標(biāo)的空間分辨率。這也是世界上首次使用甚長(zhǎng)基線(xiàn)干涉儀對(duì)深空探測(cè)器進(jìn)行軌道測(cè)量。

第三關(guān)是要保證“螢火一號(hào)”在探測(cè)期間不被“凍死”。由于“螢火一號(hào)”是搭乘俄羅斯的火箭到火星，我國(guó)的航天工作者無(wú)法為“螢火一號(hào)”選擇更適合的飛行軌道，只能借助火星的赤道軌道進(jìn)行探測(cè)。這樣不可避免地在1年服役期內(nèi)經(jīng)歷7次“長(zhǎng)火影”的生死考驗(yàn)。也就是當(dāng)火星運(yùn)行至探測(cè)器和太陽(yáng)之間時(shí)，“螢火一號(hào)”便處于火星的陰影中，那里的溫度可下降到零下200℃以下，而“長(zhǎng)火影”最長(zhǎng)可以持續(xù)8.8個(gè)小時(shí)。在此期間，以太陽(yáng)能為主要能源的“螢火一號(hào)”將無(wú)法接收到陽(yáng)光。為了保存能量，就必須使部分部件進(jìn)入休眠狀態(tài)，待火星飛出“長(zhǎng)火影”后，再將這些部件加電喚醒，重新啟動(dòng)工作。由于休眠期間“螢火一號(hào)”的周?chē)h(huán)境溫度可達(dá)零下200℃左右，因此有些部件可能會(huì)被“凍死”，不能正常工作。因此，如何保證這段時(shí)間“螢火一號(hào)”不被“凍死”是最關(guān)鍵的問(wèn)題。

火星探測(cè)器被“凍死”是有先例的。去年11月，在火星上探測(cè)達(dá)5個(gè)月之久的美國(guó)“鳳凰”號(hào)火星車(chē)就被“凍死”在火星上。因此，“防凍?技術(shù)成為研制火星探測(cè)器的關(guān)鍵。我國(guó)的科技人員經(jīng)過(guò)艱苦技術(shù)攻關(guān)；終于掌握了“螢火一號(hào)”在超低溫環(huán)境下的防凍技術(shù)，并在今年2月將“螢火一號(hào)”放到伸手不見(jiàn)五指、溫度為260℃的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中休眠8.8小時(shí)。結(jié)果，休眠后“螢火一號(hào)”上的16臺(tái)單機(jī)均被成功喚醒，并且可以正常工作。

“螢火一號(hào)”的發(fā)射標(biāo)志著繼美國(guó)、俄羅斯、日本、歐洲太空局后，我國(guó)也躋身于“火星俱樂(lè)部”，這對(duì)火星的探測(cè)和研究、特別是對(duì)火星生命痕跡的研究，對(duì)人類(lèi)的未來(lái)發(fā)展將產(chǎn)生重大影響。這次實(shí)戰(zhàn)對(duì)于今后我國(guó)自己開(kāi)展的深空探測(cè)無(wú)疑是一場(chǎng)重要的“演練”，也將為中國(guó)建立自己的深空探測(cè)網(wǎng)積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

相關(guān)鏈接

到目前為止，人類(lèi)共發(fā)射了31次火星探測(cè)器，其中14次發(fā)射的火星探測(cè)器連火星的面都沒(méi)見(jiàn)，就在發(fā)射時(shí)失敗或被地球和火星之間漫無(wú)邊際的黑暗吞噬了。其他的17次中，真正到達(dá)火星進(jìn)行正常工作的探測(cè)器只有6次。這6次都是美國(guó)發(fā)射的，它們是1975年登上火星的“海盜1號(hào)”、“海盜2號(hào)”，t997年登上火星的“火星探路者”號(hào)、2004年登陸的“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)及2008年登陸的“鳳凰”號(hào)火星探測(cè)器。