印度火星探測器起航

□ 冥王星

11月5日，印度用極軌衛星運載火箭-C25成功發射了本國研制的第一個火星探測器——“曼加里安”火星探測器，主要任務是研究火星表面、大氣和礦物特征；探尋火星上是否有甲烷以及生命跡象；拍攝火星照片；繪制火星表面地圖；研究火星環境。

發射：有驚無險

“曼加里安”火星探測器原定于10月28日（其發射窗口為2013年10月21～11月19日）從印度南部安德拉邦的斯里哈里科塔發射場升空，但在10月22日，印度空間研究組織表示，由于海上跟蹤系統的定位問題（印度派了兩艘測控船到斐濟附近的太平洋海域跟蹤火箭，但其中一艘船只由于惡劣的天氣原因而沒有及時到達），決定推遲到11月5日發射。

11月5日的發射還算順利，但這次發射是印度“極軌衛星運載火箭”發射史上火箭飛行時間最長的一次，一共飛行了44分鐘，而以往最長只有18分鐘，這主要是在第三級火箭關機和第四級火箭點火之間有長達25分鐘的滑行階段，以便把“曼加里安”精確送入近地點246.9千米、遠地點2356千米的地球軌道。其原因是印度的“極軌衛星運載火箭”運載能力較低，雖然由四級組成（第一級為固體火箭并捆綁6個固體助推器，第二級為液體火箭，第三級為高性能固體火箭，第四級為液體火箭），但其極軌運載能力最大也只有1.8噸，近地軌道運載能力僅為3噸多，地球同步轉移軌道運載能力不到1噸。這主要是由于該火箭直徑較小，不到3米，而且有兩級使用推力較小的固體火箭，兩級液體火箭也使用推力不大的常規推進劑，印度目前還沒掌握推力較大的低溫液氫液氧發動機技術。所以，發射成功只是印度火星探測邁出的一小步，要想成功探測火星，還要看它未來是否能經受的住此后幾大難關的考驗。

“曼加里安”剛一上天就已經歷了一次有驚無險的考驗。它進入地球同步軌道后分別于11月7日、8日、9日連續完成3次變軌，但在11日的操作中，由于發動機故障，缺乏足夠動力，未能將探測器的遠地點提升至距地10萬千米的所需高度，只達到7.83萬千米。不過，通過排除故障，“曼加里安”已于12日凌晨5時3分再次點火，這一過程持續5分鐘左右，使探測器的遠地點高度提升到距地11.86萬千米，速度增量提高到每秒124.9米，達到計劃要求的高度和運行速度，從而轉危為安。

印度空間研究組織公布的“曼加里安”火星探測器軌道，最外層的藍色線為最后一次變軌后的軌道，距地球超過10萬千米

“曼加里安”進行熱真空試驗

目標：亞洲第一

據悉，“曼加里安”的研制只用了15個月的時間，耗資僅為45億盧比（約合7300萬美元），人們不禁要問：印度火星探測器技術真能“多、快、好、省”嗎？其實不然。

印度空間探測技術目前還處在初級階段，只是在2008年發射過一個名為“月船”1號的月球探測器，而且在該探測器上的11臺科學探測儀器中有6臺是國外提供的。另外，其設計壽命原定為2年，但實際只工作了10個月就因故障提前結束了使命。此次印度之所以在基礎薄弱、資金有限、時間很短的情況下發射火星探測器，主要是為了爭奪“亞洲第一”，因為印度在人造衛星、載人航天、運載火箭、月球探測等所有航天領域還沒拿過“亞洲第一”。雖然日本“希望”號和中國“螢火”一號火星探測器先后在1998年和2011年升空，但都因技術原因沒能成功探測火星，因此火星探測目前在亞洲還是一個空白。目前成功探測火星的國家只有蘇聯、美國和歐空局。

為了節省經費，并在短期內研制出“曼加里安”，印度的火星探測器并不十分先進，沒有什么特色。它的工程目標是：驗證火星探測器設計、規劃、管理和運行所需的各項技術，比如火星探測器各階段的導航技術、火星探測器在出現意外情況時的自主運行能力、用于軌道和姿態計算與分析的力學模型和算法、從地球軌道到日心軌道再到火星軌道所需的軌道機動技術、使火星探測器滿足所有階段的功率、通信、熱控和有效載荷運行的要求。它的科學目標是：研究火星的氣候、地質、起源和演變以及火星上可維持生命的元素，然而這些都是美歐火星探測器已完成過的任務。

測試中的“曼加里安”

整流罩內的“曼加里安”

整流罩合罩

不過，在推進系統、電源系統和通信系統等方面，印度的“曼加里安”比其“月船”1號更為先進。“曼加里安”的尺寸與一個標準冰箱差不多，重1340千克，其凈重為500千克，其他為燃料質量。它采用雙組元推進系統，發動機推力為440牛。姿態控制采用4個反作用輪和8臺22牛推力器。其太陽電池翼由3塊太陽電池板組成，每塊尺寸為1.4米×1.8米，進入火星軌道后功率為840瓦；此外，還裝有1個36安時的鋰離子電池組。“曼加里安”裝有高增益天線（直徑2.2米）、中增益天線、低增益天線各1副。

如果能進入地-火轉移軌道，“曼加里安”將在深空中飛行大約10個月，于2014年9月24日進入近火點372千米、遠火點80000千米的橢圓形火星軌道。

這次，“曼加里安”攜帶的5臺的科學探測儀器都是本國自行研制的，總重量為15千克，分別是：測量火星大氣中的氫原子量（探查火星上層大氣逃逸過程，此前的火星任務顯示火星上曾經存在水，印度將探測為什么火星會失去原有的水和二氧化碳）的萊曼-阿爾法光度計；用于探測火星甲烷的火星甲烷探測儀（甲烷可能隱藏著火星曾經擁有或可能依然擁有生命的線索）；研究火星上層大氣中性成分的火星外大氣層成分探測器分析儀；拍攝火星表面的火星彩色相機；測繪火星表面成分和礦物特征的火星紅外光譜探測儀。

近日，美國“好奇”號未能探測到甲烷氣體的痕跡（甲烷是碳基生命的一個明顯的副產品），但是來自蓋爾隕坑的發現，這并不能排除甲烷會在火星其他地方存在的可能性，所以這就有可能為印度“曼加里安”提供創造亮點的機會。

此外，“曼加里安”還有機會見證一個十分稀有的天文現象——彗星與火星的相撞：2014年底，彗星2013 A1可能會撞入火星，可能會激起大量的塵埃云。

在印度新德里，人們觀看“曼加里安”火星探測器發射的實況轉播

發射成功后，印度空間研究組織主席拉達克里希南（前排中）手拿“曼加里安”火星探測器模型以示祝賀

前途：需邁多道坎

由于印度火箭推力較小，這就給“曼加里安”壓了很重的“擔子”。該火星探測器不能靠火箭推力直接進入地火轉移軌道，因為其速度達不到11.3千米/秒的第二宇宙速度，這需要靠探測器自身的發動機在地球軌道運行時多次點火加速才能逐漸達到第二宇宙速度。為此，“曼加里安”不僅要消耗許多攜帶的燃料，還要在地球軌道上運行20～25天。另外，進入地-火轉移軌道時對火星探測器的速度、位置、時機和方向都有很高的要求，否則會像錯過高速公路的出口一樣無法在預定時間進入地火轉移軌道，最終錯過與火星交會的機會。

即使進入地-火轉移軌道，“曼加里安”在飛往火星的旅途中也充滿風險。因為行星際飛行是一個漫長的過程，從火星探測器上發出電波，經過幾億千米的路程傳到地球時信號變得十分微弱，再加上宇宙空間存在著各種各樣的噪聲，所以很容易把傳輸信號淹沒掉。此前，蘇聯、美國和日本的部分火星探測器都曾由于中斷聯系而失落在太空。印度的深空測控通信技術水平不高，深空測控站天線直徑最大只有30多米（美國可達60～100米），所以其火星探測器不知是否能通過國際合作，借助歐洲等國外測控站邁過這道坎。

由于距離遠，太陽的輻射強度大大減弱，所以對“曼加里安”的太陽電池翼也是個考驗，沒有充足的電力供應，也無法完成預定的火星探測任務。

在火星探測器飛往火星的途中，還要對探測器的姿態、運動方向和速度進行多次調整，即進行軌道控制和修正，才能準確地飛到火星，這些操作過程稱為制導。如果由地球飛向火星的探測器，出發速度的大小有1/10000的誤差（相當于每秒1米的誤差），探測器飛到火星附近時就會有10萬千米的偏差，即“差之毫厘，謬之千里”。所以要通過制導，不斷修正航線才行。

探測器進入火星軌道是最難的一關，不少火星探測器都毀于這一步。其主要難點是必須選擇適當的切入高度“剎車”。如果探測器過早“剎車”，則不能被火星的引力捕獲，過晚則有可能撞到火星表面。“剎車”的強度和方向等也需精確控制，否則容易掠過火星。另外，由于從火星傳到地球信號的延時單向就約為20分鐘，所以不能采用遙控的方式，需提前注入指令。所以有人把進入火星軌道的難度比喻成從巴黎打一個高爾夫球，要正好落到了日本東京的某個球洞里。

所以，印度首個火星探測器要想獲得圓滿成功不會是一帆風順的，需經歷“九九八十一難”。