图解深空探测史

文 / 叶楠

火星探测（下）

火星勘测轨道飞行器：携带大口径相机

火星勘测轨道飞行器（左图）是美国宇航局于2005年8月12日发射的一颗火星人造卫星，2006年3月10日进入火星绕转轨道，经过5个月的大气刹车及轨道调整，最终轨道高度为250～316公里，周期为112分钟。其主要工作是对火星进行高分辨率成像，为未来的火星地面任务寻找合适的登陆地点，以及为这些任务提供高速通讯服务，并利用所携带的科学设备对火星的大气、气候进行探测，在极地区域寻找水的痕迹。时至今日，火星勘测轨道飞行器同“2001火星奥德赛号”和“火星快车号”一样，依旧在火星轨道上超期服役。

火星勘测轨道飞行器携带了超过10套的科学仪器及试验设备，包括3台相机，其中最大的一台是高分辨率成像科学设备（右图），重达65千克，造价4000万美元，其镜头是一台口径0.5米的反射望远镜，传感器是由14枚CCD组成的阵列，分辨率达0.3米，其红外波段单张图像的最大尺寸为20000×126000像素，单张照片容量约为28GB。

凤凰号：安装机械臂的着陆器

2007年8月4日，美国的凤凰号火星探测器（左图）从卡纳维拉尔角空军基地发射升空，它将对火星极地环境及气候进行探测，搜寻是否有微生物存在过的证据，以及研究极地水冰的历史。除了常规的科学设备之外，“凤凰号”还搭载了一个长约2.3米的机械臂，它可以挖掘火星表面土壤并送回“凤凰号”内进行科学检测。2008年5月25日，“凤凰号”在火星北极地区成功软着陆。

“凤凰号”成功着陆后不久，便在火星表面挖开的大约5厘米深的表层土壤里发现了水冰的升华现象，可以看到升华的三个小冰块，每个尺寸不到2/3英寸（右图），不过指甲盖大小。后续的土壤采样也证实了水冰的存在，在将样品加热的过程中，当温度达到0℃的时候，“凤凰号”所携带的科学仪器探测到了水蒸汽。2008年10月28日，“凤凰号”由于太阳高度角过低及沙尘暴造成的电力不足进入安全模式，2010年初，在火星北极下一个春季到来时，美国宇航局试图尝试与“凤凰号”联系，但没有成功。通过“火星勘测轨道飞行器”的照片分析显示，“凤凰号”的太阳能电池板已经被火星北极冬季的干冰压坏。“凤凰号”设计寿命为90个火星日，实际在火星北极成功运行了152个火星日，完成其全部科学目标。

好奇号：最大的火星车

好奇号火星探测器（左图）是美国宇航局在火星科学实验室项目中研制的一台火星车，比起它的前辈“索杰纳号”“勇气号”和“机遇号”，“好奇号”无论是重量还是体积都大得多，它长2.9米、宽2.7米、高2.2米，重899千克。由于火星上沙尘暴及其他不利条件，“好奇号”并没有使用太阳能，而是使用了同海盗1号、2号一样的钚-238放射性同位素热电机提供能量。“好奇号”的机械臂长2.1米，可以自由旋转350度，配备有钻头、机械铲、X射线光谱仪、透镜成像仪等，用来钻取（右图）、筛分岩石和土壤样品并进行矿物的化学分析。“好奇号”的主要目标是确定火星是否曾经有过适合生命存在的环境，以及水在其中所起的作用。

“好奇号”于2011年11月26日发射升空，2012年8月5日在火星盖尔陨石坑成功着陆，它是一辆可以从地球远程遥控操作的火星车，由于距离遥远，从地球发出的信号有15分钟的延迟。地面人员会为它选取好目标位置，“好奇号”再依靠自身的相机雷达等设备自动躲避障碍抵达目的地。“好奇号”的数据分析结果会借助现在依旧在轨的三个火星轨道飞行器——“火星快车号”“2001火星奥德赛号”以及“火星勘测轨道飞行器”传回地球。2015年9月，美国宇航局公布“好奇号”在火星土壤中发现大量水分，重量占比可以达到1.5%至3%，这对未来人类登陆火星来说是一个好消息。“好奇号”的设计寿命为2年，但是直到今天，它依旧“驰骋”在火星表面。

曼加里安号：印度首个火星探测器

曼加里安号火星探测器（左图）是印度的第一个火星环绕探测器。2013年11月5日发射，2014年9月24日成功进入火星轨道，轨道高度422×76994公里，倾角150度。这次成功使得印度成为全球第一个第一次尝试便成功进入火星轨道的国家，也是继俄罗斯、美国、欧洲之后世界上第四个、亚洲第一个成功进行火星探测的国家或组织。“曼加里安号”共携带了15千克重的科学仪器，对火星大气、空间粒子进行探测，对火星地表进行成像研究。右图为“曼加里安号”在距火星表面7300公里的高度传回的首张火星照片。

马文号：探测火星大气失踪之谜

美国的马文号（MAVEN）火星探测器（左图）发射于2013年11月18日，2014年9月22日进入火星轨道，轨道高度150×6300公里，是人类首颗专门设计用于考察火星高层大气的探测器，“MAVEN”是“火星大气与挥发物演化任务”的缩写。“马文号”的主要研究目标是火星大气，包括火星上层大气逃逸情况、电离层与太阳风作用、大气随时间流失情况等，借此了解火星的气候、水及宜居性变化的历史。“马文号”2015年发布数据证实，由于火星内部发电机冷却，火星磁场屏蔽作用消失导致火星大气被太阳风剥离。2017年3月，为了避免与火卫一相碰撞，“马文号”通过空间刹车将远火点高度降低到4500公里（右图，黄色的是原轨道）。

火星微量气体任务：欧空局与俄罗斯的合作

火星微量气体任务（左图）是欧空局和俄罗斯航天局合作的一项火星探测任务，也是欧空局主导的火星生命探测计划中的一部分。通过之前的探测发现在火星大气中存在有微量的甲烷，同时这些甲烷还随时间和位置变化而变化。这可能预示着火星上存在微生物或者类似地球表面的化学变化，如火山活动或地热活动。为识别火星大气中甲烷的来源及绘制火星大气层地图，火星微量气体任务应运而生。火星微量气体任务包括一个探测器和一个着陆器，于2016年3月14日发射，10月19日入轨，轨道为高度400公里、倾角74度、周期74分钟的圆轨道。探测器所携带的火星着陆器名为斯基亚帕雷利，遗憾的是由于仪器故障最终坠毁在火星表面。右图为“斯基亚帕雷利”着陆火星示意图。

洞察号：首次探究火星“内心深处”的奥秘

洞察号（左图）是美国宇航局研制的一个用于研究火星内部结构的无人着陆探测器，它的全称是“利用地震勘测、大地测量与热传导的火星内部探测”，英文简称InSight，直译为洞察号。2018年5月5日“洞察号”从美国范登堡空军基地发射升空，11月26日成功降落在火星埃律西昂平原，坐标为北纬4.5度，东经135度。“洞察号”着陆器重358千克、长6米、宽1.56米、高1.08米。在着陆的过程中，还有一对小卫星MarCO A和MarCO B伴随在“洞察号”两侧，它们是随洞察号任务一同发射前往火星的，用来实时高速传递“洞察号”降落时的信息（右图）。“洞察号”的主要工作目标是研究火星内部地质结构，通过对火星核心、地幔、地壳的大小、厚度、密度等进行探测，找出与地球的异同，由此探究太阳系类地行星的形成和演化。