圖解深空探測史

文/ 葉楠

火星探測（中）

火星全球勘測者號：重啟火星探測

隨著冷戰的結束，美蘇兩國對火星探測的熱情也急劇下降，“海盜”任務之后的十幾年里都沒有新的探測器飛向火星。1996年11月7日，美國的火星全球勘測者號探測器從卡納維拉爾角發射升空，它的主要任務是收集火星表面地形、組成、重力、大氣和磁場等數據，這些數據用于研究火星表面地質構造、物質分布、內部性質、磁場變化及天氣氣候等。1997年11月12日，“火星全球勘測者號”進入火星環繞軌道，原計劃利用火星大氣使飛船減速進入圓形測繪軌道，但由于其中一塊太陽能電池板出現故障，直到1999年2月才最終達成這一目標。“火星全球勘測者號”借助先進的激光設備，以每秒10次的頻率將激光射向火星，然后記錄下激光返回探測器所需要的時間并計算出高度，據此繪制出了高精度的火星地圖（上圖）。

火星全球勘測者號的成果

“火星全球勘測者號”的軌道接近正圓形，高度為378公里，公轉周期為117.65分鐘，軌道傾角93度，基本上是垂直于火星赤道公轉，選擇這個軌道也是為了測繪需要。每次公轉一周以后，火星表面會因為自轉向西偏移28.62度，經過88次公轉后，“火星全球勘測者號”會重新回到開始時的位置，但會向西偏移59公里，以確保可以探測到整個火星表面。主要測繪工作直到2001年初才完成，后續又進行了兩期延續任務，直到2006年11月2日失去聯系。其間，“火星全球勘測者號”還作為后續火星著陸器及火星車同地球通訊的中轉站。

除了繪制火星表面高精度地圖以外，“火星全球勘測者號”還有許多其他重要發現：類似地球表面液體流動造成的地形（左圖），但火星表面氣溫和壓力過低，液態水是無法存在的；火星表面貌似乳酪的地形（右圖）；眾多被掩埋的火山；正在發生的火星龍卷風等。

火星探路者號：首輛在火星表面行駛的火星車

美國的火星探路者號探測器于1996年12月4日發射升空，僅比“火星全球勘測者號”晚了不到一個月。該任務是繼“海盜”任務20年之后，人類探測器再次登陸火星。1997年7月4日，“火星探路者號”成功在火星北半球的阿瑞斯谷著陸，其主要任務是探測和分析火星巖石和土壤。此外，“火星探路者號”開創性地使用了安全氣囊著陸裝置（左圖）及障礙自動回避系統，這些在后續的火星車任務中都得到了繼承。

“火星探路者號”的著陸器中還攜帶了一輛名為索杰納號的小型火星車（右圖），這是人類第一輛在火星表面行駛的火星車，它長65厘米、重11.5千克，裝配有一次性電池和太陽能電池板，科研設備為X射線光譜儀和三臺相機。任務設計時長為7個火星日，但實際上“索杰納號”共工作了83個火星日，行駛距離100米。

2001火星奧德賽號：最長壽的火星探測器

美國的2001火星奧德賽號探測器于2001年4月7日發射升空，同年10月24日抵達火星，2002年1月通過火星大氣減速成功進入火星環繞軌道。“2001火星奧德賽號”的名稱來自于電影《2001太空漫游》，它攜帶的科學儀器主要包括熱輻射成像儀、伽馬射線光譜儀和火星環境輻射探測儀。迄今為止，“2001火星奧德賽號”已經服役超過18年，是火星探測史上最長壽的探測器。它的主要工作是對火星表面進行測繪，并尋找水與火山活動的跡象，2018年還監測到了席卷火星全球的沙塵暴，另外一項工作是為后續登陸火星的著陸器提供通訊服務。

火星快車號：歐空局首個火星探測器

“火星快車號”（左圖）是歐空局的首次火星探測任務，包括火星快車號軌道飛行器和小獵犬2號著陸器。2003年6月2日，“火星快車號”從拜科努爾發射升空，同年12月25日進入火星繞轉軌道，近火點298公里、遠火點10107公里，軌道傾角86.3度，軌道周期7.5小時。“火星快車號”攜帶多種科學儀器，包括光學與紅外礦物光譜儀、紫外與紅外大氣光譜儀、高分辨率立體相機等，發現了火星極冠的干冰和水冰、火星大氣中存在甲烷、火星礦物中存在水合硫酸鹽等。

還記得在上一期出現的那張“海盜1號”拍攝的火星“人臉”照片嗎？當時“海盜”計劃的首席科學家杰瑞·蘇芬已經對此做出了解釋：這是由光線和陰影造成的錯覺。但公眾對這張照片的關注和議論卻從未停止過。直到“火星全球勘測者號”和“火星快車號”重新對這片地區進行了拍攝，并合成出清晰的立體影像（右圖），可以看出，這只是火星上一座普通的山峰而已。

小獵犬2號著陸器

小獵犬2號著陸器（左圖）是“火星快車號”任務的一部分，主要任務是搜尋火星生命信息，名字來自于兩次跟隨達爾文遠航的小獵犬號帆船。2003年12月19日，“小獵犬2號”被“火星快車號”發射至飛向火星的軌道，按計劃應于12月25日著陸在火星表面，但是無論是“火星快車號”還是“2001火星奧德賽號”，以及地面射電望遠鏡均未收到登陸成功的信號。直到2005年，一張“火星全球勘測者號”的照片公布發現了已經成功著陸的“小獵犬2號”（右圖中箭頭所指處），由于太陽能板未能全部打開，其下面的通信天線無法正常工作，因此無法收到任何來自于它的信息。

火星探險漫游者計劃：雙車探火星

火星探險漫游者是美國宇航局的2003年火星探測計劃，目的是將勇氣號和機遇號兩輛火星車（上圖）送往火星，主要科學目標有：搜尋火星巖石和土壤中水活動的蹤跡、探測著陸區周邊的礦物分布及成因、尋找液態水存在時期的地質學因素等。兩輛火星車為六輪設計，獨立驅動，動力來源為太陽能，外形尺寸2.3×1.6×1.5米，重180千克，最高速度為每秒50毫米，平均速度為每秒10毫米，攜帶的科學儀器有全景相機、顯微成像儀、巖石研磨器（下圖）、X射線光譜儀等。

勇氣號火星車

勇氣號火星車于2003年6月10日發射升空，2004年1月3日在火星表面成功著陸。“勇氣號”的設計壽命為90個火星日，卻運行了2695個火星日，遠遠超出預期。在這六年多的時間里，“勇氣號”的太陽能電池板多次被沙塵覆蓋，多次陷入松軟的沙地，在右前輪失靈的情況下依舊行駛了7.73公里，發現了火星上的玄武巖以及水與巖石相互作用的痕跡，還觀測了火星上的日落（上圖）、火衛一“月食”、火衛二凌日和火星上的流星雨。

機遇號火星車

2003年7月7日，“機遇號”從肯尼迪航天中心發射升空，經過7個月的飛行于2004年1月25日安全降落在火星的子午高原。“機遇號”和“勇氣號”的結構完全一樣，設計壽命也是90個火星日，但它比“勇氣號”還要頑強，一直工作了5352個火星日，直到2019年2月13日，處于休眠狀態的火星車未能再被喚醒。在這漫長的15年里，“機遇號”在火星上行駛了45.16公里（左圖），共傳回超過20萬張照片。它還發現了火星上的赤鐵礦、火星上的隕石、水作用的痕跡。為紀念“機遇號”對火星探索的重大貢獻，39382號小行星以“機遇號”的名字來命名。