火星快车_欧洲航天局研制的第一个火星探测器

火星快车

欧洲航天局研制的第一个火星探测器

火星快车空间探测器 (Mars Express) 是欧洲航天局研制的第一个火星探测器，2003年6月2日，由俄罗斯“联盟-FG”号运载火箭在哈萨克斯坦拜克努尔卫星发射场发射升空，2003年12月抵达火星，进行环绕飞行探测，截止2018年5月，仍在服役。

目标任务

欧洲宇航局花费3亿5千万美元制造的“火星快车”无人探测器在进入地球轨道将环绕地球飞行90分钟，再由专门的动力火箭将其送入真正的星际空间。经过长达6个月的星际远航，“火星快车”最终将进入火星周围的运行轨道，开始执行“神圣的生命”探测任务。目前为止已检测出火星中的甲烷含量及火星上有水的大量证据。除了科学方面的任务，“火星快车”还提供地球与其他国家部署的登陆车之间的通信中转服务，由此成为国际火星探索工作的枢纽部分。

“小猎犬-2”的任务包括：绘制火星地图，利用一部功能强大的雷达对火星表面进行探测，寻找火星上有水存在的证据等。

寻找生命

1976年在美国执行的“海盗计划”中，“海盗”1号着陆舱在火星普拉尼蒂亚平原软着陆，“海盗”2号着陆舱在火星乌托匹亚平原软着陆，进行火星生命探索。“海盗”号探测器的目的是在火星表面寻找生命的征候。遗憾的是，“海盗”号探测器没能发现生命的迹象。但是，所有对维持生命所必需的元素，在火星表面都找到了，这是意义深远的。那时，“海盗”号为了探索火星生命，采用了当时最先进的技术，而今天看来大有改进的余地。现在有了解决“海盗”号发现疑点的非常特殊的方法：这就是把荧光显微镜与图像处理法相结合的方法。在适当条件下，使用某种化学物质就能产生与生物具有的酶反应发出荧光的物质。这就是让生物体发出荧光的原理。把这种化学物质掺入土壤试料，放置几分钟后用荧光显微镜观察，如果存在生物它就会发出荧光。这种方法操作简便，结果也很可靠。把这种方法应用于地球土壤，能够一个一个地检测出微生物细胞。进一步选定染色条件，还能相当容易地判别生物是死的、活的，或是死了，但在进行某种程度的分解。这种方法无须添加培养液加以培养，所以对于探测未知生命是很合适的。这种方法的有利之处还在于，能够把试料置于接近本来状态进行分析，可以同时了解生物的生态。如果把这种方法与遗传基因分析使用的“PCR法”配合使用的话，还可以了解那种生物属于怎样的种类。在今后对火星生命的探索中，应当把荧光显微图像法和遗传基因分析法等直接探测方法与“海盗”号采用过的气体摄谱仪和质量分析法兼施并用。在实际对火星进行探测之前，遥感观测沙漠和西伯利亚永久冻土地带，检测出沙漠的水分和有机物，测定永久冻土地带的生物生态和冻土的厚度等，现在应当立即着手进行实验为即将实现的火星生命探索做好准备．。

说到在火星上登陆，我们尚不知道俄罗斯航天专家选择的具体登陆地点，但是选择登陆地点首先必须考虑到火星的地质年代和地形。在40亿年乃至35亿年前，火星同地球一样也有海洋，此后才逐渐“冷却”成今天这种冰冷的行星。在火星地形中，火星北半球火山口少的地区是比较新的地层，从地质年代来看，大约在40亿年到30亿年前火星南半球形成的高原是由古老地层构成。因此，探索火星的登陆地点首选地域应当是这种具有古老地形，特别是由流水冲刷形成的“水手谷”等地域。所幸火星上没有地球上的岩盘运动，古老地层古今如一。不过在这种地区找到仍生存的生物可能性不大，主要目的应是寻找原始生命的微小化石。如果找到现在火星上仍生存的生物有可能的话，那应当是在火星极冠的周围地区和地下永久冻土的含水层。为了生存地球型生物，水的存在是必不可少的条件，根据前面谈到的实验结果推测，在目前火星环境下有水存在的话，低温中的厌气微生物和原始光合作用的细菌生存是有充分可能性的，或许它们仍处在缓慢的进化过程中。

集体项目

据报道，俄罗斯科学家已为登陆火星选择了3个备用登陆点。其中一个登陆点位于一条宽60公里、深两公里的峡谷底部。根据专家们的判断，3个登陆点均蕴藏着固态水―――冰。按计划，当载人飞船抵达火星后，科学家将利用30天到60天的时间对火星的面貌、地表物质组成和历史进行考察。根据俄罗斯科学家的计算，这样的行星际往返飞行将历时约440天。有关各方将为这次火星登陆之旅中的每千克载荷耗资近1000美元，俄罗斯方面的投入将占总投入的30%。俄罗斯航空航天局、中央机器制造科研所、“克尔德什”研究中心和科学院航天研究所的专家指出，之所以组织火星登陆是因为美国“奥德赛”火星探测器发现，在火星部分地区距地表10厘米至30厘米处含有固态水。有水的地方有可能存在生命，登上火星的科学家将能够彻底考证关于“火星生命”的种种猜测。此外实地考察火星的现状和历史，将有助于人类了解地球自身和及其未来的自然发展趋势。

在俄罗斯科学家拟定的火星登陆方案中，俄罗斯航空航天局打算和美国航空航天局（NASA）以及欧洲航天部门密切合作，制造两艘宇宙飞船，将一个6人科学家小组送上火星。这个小组将在火星上逗留两个月，然后返回地球。整个火星旅行大约持续440天，耗资200亿美元。俄罗斯提出，自己可以负担其中30%的费用。俄罗斯负责登陆火星计划的官员称，没有一个国家可以单独完成登陆火星的壮举，这是一个国际合作项目。而且美国和欧洲方面对此提议表示非常感兴趣。但是美国航空航天局的官员则表示，尚未接到俄罗斯的正式建议书，不便评价。由于国会要求美国航空航天局减少预算，美国航空航天局还没有将登陆火星的计划提上日程。而欧洲航空部门官员则表示，他们将同俄罗斯就这一计划展开会谈。曾有报道称，参加国际火星登陆计划的机构已经达成一致意见，准备在2014年至2015年期间送宇航员上火星。在抵达火星轨道后，3名宇航员将借助着陆舱在火星表面着陆，另外3名宇航员将在火星轨道上待命。参加火星登陆计划的机构分别为俄罗斯航空航天局、“克尔德什”研究中心、“能源”火箭航天公司，美国航空航天局、美国波音公司，欧洲航天局和欧洲“阿斯特利乌姆”航天公司等，费用由俄美欧三方分担。

在美国航空航天局描绘的“红色星球600日”中，火星家园的中央是居住地，由两个相连的密封舱组成，上面覆盖火星土壤或采取其他方式防止宇宙射线，利用火星能源制造氧气和水等生存的必要条件。在进行远距舱外活动时，宇航员使用加压飞行器，他们要在这种被称为“移动的家”中呆上数天或数周，到距离居住地方圆几百公里以外的地方探险。近距离时，宇航员就骑着特制的山地自行车。与居住地相连的是一个加压密封舱，作为登上飞行器的过渡舱，使空气流失量降到最低。居住地附近还会建上几个温室，在种植蔬菜瓜果的同时可以通过光合作用将二氧化碳转化为氧气。在距离居住地至少1公里以外的地方建造核电站或是在几百公里外建几个太阳能发电站，通过特殊电缆，为居住地和其他必需部门供电。宇宙飞船起落地距离居住地大约3公里左右。建造火星驻地的工作可能交给机器人来完成，它们负责在宇航员抵达之前完成所有设施的建造工作。

按照目前人类掌握的技术，登陆火星的难度远远超过登陆月球，从地球到火星宇宙飞船至少要飞行一年半。如此漫长的太空旅行安全与否就是一个很大的问题。除了辐射和面临陨石的撞击之外，宇航员还要面临生理和心理方面的考验。而且，宇航员的给养都要靠宇宙飞船来供给，如果宇航员必须带齐一年半的食物和用品，那么宇宙飞船必然要变成一个巨大的杂货铺，这是难以想象的。这些问题都有待解决。20多年来，科学家们又进行了多次尝试，向火星发射探测器，并推测火星地表下面蕴藏有大量的冰，这也许是火星上存在生命的佐证。目前，为远征火星，俄罗斯和美国的航天部门正在密封舱里训练宇航员如何在长期的太空飞行中生活和从事科学研究。

发射过程

“火星快车”空间探测器由俄罗斯目前正以每小时1万多英里的速度开始它的星际旅行。

欧洲宇航局发言人在“火星快车”发射升空后表示：“一切按照预定计划进行，发射过程看起来良好。”欧洲宇航局的科学主任大卫·索斯伍德说：“火星上曾经发生的事情非常重要，因为这些事情可能会发生在生活在地球上的我们头上。”

“火星快车”正式进入火星轨道后，将沿着火星运行将近两年时间，帮助人们寻找火星上任何有关生命的标志。

抵达火星表面之前的几天内，英国设计制造的“小猎犬-2”登陆器将与探测器分离。12月25日西方人欢度圣诞节这天，“小猎犬-2”将轻轻降落在火星表面，也算是送给人们的一份圣诞节礼物吧。到达火星表面后，“小猎犬-2”微型登陆器将向火星北部进发，并最终在一事先设定的地点开始探寻生命痕迹的活动。

机载装备

实施火星探测计划的各方在竞争中也存在着合作，例如“火星快车”上搭载的雷达和“比格尔2”号着陆舱的研制也有美国航空航天局（NASA）研究人员的参与，而“火星快车”上搭载的离子分析器也将被安装在日本发射的“希望”号火星探测器上。这些仪器由英国、德国、法国、意大利和瑞典等国合作制造、组装完成。其中，天线由西班牙制造，太阳能电池板在德国制造，探测器结构组件则由瑞士制造，部件的组装是在意大利完成的，软件在法国安装。

发射背景

自1960年以来的40多年间，美国、俄罗斯（苏联）先后向火星发射了34个各类探测器，但三分之二的探测器最终“壮志未酬”，以失败而告结束。成功完成任务的航天探测器帮助人们扩大了对火星的认识，就在40年前，部分天文学家还坚持认为，火星表面生长着厚厚的植被。直到1960年代，美国航空航天局发射的太空探测器从太空传回火星表面光秃秃的图片后，人们才不再相信火星上生长有植物的说法。

据悉，人类前往火星探测的最佳时机至少每过两年多才仅有一次，因为只有这时太阳、地球和火星三者才能形成一条直线，机会更加难得，因为地球和火星这两颗行星之间的距离是15到17年间最近的一次。

试验进程

2021年11月，我国“天问一号”与欧空局“火星快车”任务团队合作，开展了“祝融号”火星车与“火星快车”轨道器在轨中继通信试验，取得圆满成功。

据介绍，试验前，双方向各自探测器上行指令做好试验准备。在约定时刻，由“祝融号”向“火星快车”发送测试数据，通信距离约4000千米，通信时长10分钟。“火星快车”接收数据后转发给欧空局所属深空测控站，测控站接收后发送给欧洲空间操作中心，后者再转发至北京航天飞行控制中心，由中方技术团队解译后，判读数据的正确性。

根据数据判读分析结果，双方任务团队确认“祝融号”和“火星快车”配置的中继通信设备接口匹配，符合国际标准，传输数据内容完整正确，试验取得成功。后续，双方将在本阶段试验的基础上，进一步开展科学数据中继通信合作。