天問·探路火星｜日本火星探測：首次失敗，目標轉向火衛一

澎湃新聞記者 南博一 實習生 劉一鳴

今年2月，日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）宣布，計劃在2024年向火星發射一顆探測器，這是日本「希望」號後第二次向火星發起衝擊。

該任務計劃發射一顆探測器訪問火星的兩顆衛星——火衛一和火衛二，並且計劃登陸火衛一採樣返回地球。這將是人類首次前往火星的衛星進行採樣返回，有助人類進一步認識火星。

命運多舛的「希望」號

日本最早深空探測活動是1985年的彗星探測。1985年1月8日，日本發射了「先驅」號彗星探測器，用於探測哈雷彗星。「先驅」號的外形呈圓筒狀，重約138千克。同年8月19日還發射了一顆名為「彗星」號的探測器，它於1986年3月8日從距哈雷彗星15萬公裡處掠過，拍攝到了慧發周圍的氫冕。

彗星探測項目的成功激發了日本探測火星的興趣。1998年7月3日發射的火星探測器「希望」號（Nozomi）是日本第一個火星探測器，日本也因此成為繼美國和蘇聯（俄羅斯）後第三個探索「紅色星球」的國家。

日本「希望」號火星探測器

「希望」號由日本設計和製造，搭載了來自加拿大、德國、瑞典和美國的14種自核。它的任務是對火星的高層大氣及其與太陽風的相互作用進行長期調查，並跟蹤氧氣分子從火星稀薄大氣中逃逸出的軌跡，「希望」號還計劃在軌道上對火星及其衛星拍照。在近地點，「希望」號將對大氣層和表面進行遙感。在接近遠地點時，「希望」號將研究從火星逸出的離子和中性氣體。

1998年12月，「希望」號準備點火飛向火星，卻因閥門故障造成推進劑損失。這次故障使太空飛行器沒有足夠的加速度到達它的計劃軌道，地面控制室在兩次修正軌道時使用了比原計劃更多的推進劑，這導致「希望」號的任務不得不重新規劃。新計劃使「希望」號在日心軌道的時間又增加了四年，推遲至2003年12月與火星相遇。

2002年4月21日，在飛向地球時，強大的太陽耀斑破壞了「希望」號的通信和動力系統，這導致其姿態控制系統中的肼凍結。5月15日失去了與太空飛行器的聯繫，幸運的是，兩個月後，控制人員發現了太空飛行器的信號。2002年12月與2003年6月，控制人員成功按計劃利用地球引力進行了兩次變軌。然而，壞運氣並沒有遠離「希望」號。2003年12月9日，在進入火星軌道過程中，主推進器發生故障。日本宇宙航空研究開發機構表示，因無法維修，「希望」號已徹底「絕望」，首次探索火星任務的失敗。

「希望」號在經歷長達5年的艱難飛行後還是以失敗告終，這對日本航天事業無疑是一次重大的打擊。

2008年日本宇宙航空研究開發機構制定「梅洛斯」（Mars Exploration of Life and Organism Search，MELOS），MELOS是日本正在實施的一個火星車任務。它的任務是進行精確著陸的工程論證，並利用火星車在火星上尋找可能的生命特徵，預計在2020年或2022年發射。但日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）自2015年以來一直沒有公布其最新進展。

巧合的是，7月20日由日本運載火箭發射的阿聯火星探測器也命名為「希望」號

被寄予重望的MMX

「火星衛星探索」（Martian Moons eXploration，MMX）飛行任務是一個探索火星衛星的項目，依然由日本宇宙航空研究開發機構主導。這次任務的一個主要科學目標是弄清兩顆火星衛星的起源和火星的演變過程。MMX計劃在2024年發射，在2025年進入火星軌道，然後它將進入火衛一的軌道（QSO），觀測後擇機降落採集樣品，MMX將攜帶從火衛一採集樣品在2029年返回地球。

「火星衛星探索」（MMX）軌道設計

MMX項目目前已經進入實際開發階段，硬體和軟體的開發預算是4.17億美元。探測器將搭載11臺設備，其中4臺由歐空局和美國宇航局等國際夥伴提供。MMX項目將會開闢火星探測的一個新領域：即在受到較大火星引力影響的情況下在小行星大小的衛星著陸。因為火衛一和火衛二可以作為未來載人任務的中轉站，所以掌握這種技術對人類載人登火有重要意義。

日本之所以選擇火星的衛星登陸與日本近年在小行星採樣返回上的成功有關。目前，完成小行星「龍宮」採樣任務的「隼鳥2」號正返回地球，去年11月13日，「隼鳥2」號完成採樣任務離開「龍宮」表面，預計今年年底返回地球。「隼鳥2」號帶回來的樣品將為小行星和太陽系起源研究提供無可替代的珍貴研究樣本。

在「隼鳥2」號之前，日本「隼鳥」號已經獲得成功。2003年5月9號，日本發射的「隼鳥2」號小行星探測器經過2年多飛行，於2005年抵達絲川小行星，途中經歷了姿態控制系統故障、燃料洩漏、斷電、失聯、通信故障、離子引擎故障等困境，最後成功降落在絲川小行星上。2010年6月，「隼鳥2」號探測器帶著採集的樣本跌跌撞撞返回地球，取得了小行星探測的重大突破。

除了「火星衛星探索」項目，日本還正在實施名為「太赫茲探索者」（Tera-hertz Explorer，TEREX）任務。「太赫茲探索者」是一個低成本小型火星探測器，由日本國家信息和通信技術研究所（NICT）與東京大學智能空間系統實驗室（ISSL）共同研發。日本內務與通信部（MIC）於2017年初正式批准了該任務。

該團隊的目標是在短時間內研製出一個長、寬、高為50釐米的低成本探測器，這樣方便科研人員頻繁地探索火星。開發人員將把微型探測器降落在火星上，觀察大氣中的氧氣和一氧化碳等成分，並且會利用太赫茲波（一種電磁波），研究氣體的原子等。其目的是通過研究確認火星上是否存在水資源，以及火星上是否存在或曾經存在某種形式的生命。測量太赫茲波的設備可以減小探測器的體積和重量。該微型探測器的重量包括燃料在內約為140千克，是傳統大型探測器的十分之一。此外，其生產成本可以從數百億日元降低到10億至20億日元。

著陸器TEREX-1原計劃2020年7月的火星發射窗口期間與另一個有效載荷一起作為搭載物發射，後來被推遲到2022年。

責任編輯：謝瑞強

校對：張亮亮