「螢火一號」未能如約奔火星
中國首顆火星探測器搭俄探測器升空後未實現變軌 還有三天時間「搶救」
本報訊 北京時間昨天凌晨4點16分，中國首顆火星探測器「螢火一號」搭載在俄羅斯「福布斯-土壤」探測器內部，由俄羅斯天頂號運載火箭在哈薩克斯坦拜科努爾發射場發射升空。之後星箭正常分離，將探測器和上面級組合體送入預定軌道。然而隨後不久，俄羅斯聯邦航天署署長波波夫金宣布，「福布斯-土壤」探測器及其所搭載的「螢火一號」火星探測器在飛行過程中出現意外，沒有按計劃實現變軌，未能如約奔赴火星，目前仍處於近地軌道。
據俄羅斯聯邦航天署發布的消息，將「螢火一號」和「福布斯-土壤」送入太空的是俄羅斯「天頂-2SB」運載火箭。按計劃，火箭發射升空688秒後，「福布斯-土壤」探測器與「天頂-2SB」運載火箭的第二級脫離。安裝在「福布斯-土壤」探測器上的主發動機將在此後啟動，並通過3次點火將兩個探測器送入飛往火星的軌道。全部飛行過程將歷時300天左右。到達火星後，「螢火一號」將與「福布斯-土壤」探測器分道揚鑣，開始自主飛行，開展我國首次火星探測。
俄塔社援引俄羅斯聯邦航天署署長波波夫金的話說，「福布斯-土壤」探測器目前仍然處於近地軌道，其主發動機一直沒有啟動，燃料箱也沒有與探測器脫離。波波夫金說，導致出現意外情況出現的原因顯然在探測器的控制系統。俄航天部門應該還有3天時間對探測器的飛行狀態進行調整。
據介紹，該探測火星計劃是中俄兩國政府間合作項目。「螢火一號」由中國航天科技集團公司所屬上海航天技術研究院抓總研製，攜帶等離子體探測包、磁強計、掩星接收機、光學成像儀等四種探測儀器。「螢火一號」原計劃2009年10月發射，後因俄方採集火星土壤樣品的取土器需改進，研製計劃推遲，發射隨之推遲至今年。
目前，我國飛行最遠的太空飛行器是嫦娥二號，今年8月25日進入太陽與地球引力平衡點拉格朗日L2點。「螢火一號」的飛行距離大約是嫦娥二號的200倍，按計劃將穿越3.5億~4億公裡漫漫旅途向火星進發。
「螢火」七問
「借船出海」能節省時間資金
1 「螢火一號」為何搭俄「順風車」？
中科院國家空間科學中心主任、「螢火一號」工程應用首席科學家吳季此前表示，對於中國來說，在還沒有建立起真正的深空測控網之前，借用俄羅斯的探測器一同飛往火星，並開展聯合探測，可將我國科學家利用自主的探測數據、深入開展對火星研究的時間提前。
航天專家龐之浩也認為，我國作為探測火星的「新手」，「螢火一號」此番「借船出海」能節省資金、借鑑他國成熟經驗，獲得國外深空測控網的幫助。
「沉睡」到達火星後獨立工作
2 「螢火一號」探測火星一共分幾步？
航天專家龐之浩說，按原計劃，「螢火一號」的飛行大致有環繞地球、地火巡航、環繞火星三個飛行階段。在到達火星之前，「螢火一號」將一直處於「沉睡」狀態，兩者通過電纜連接，「螢火一號」的能量由「福布斯-土壤」供給。
按計劃，「螢火一號」隨俄羅斯火箭升空後，將由「福布斯-土壤」帶領，在距地面200公裡的圓形軌道飛行4小時，後變軌至距離地面1萬公裡的過渡軌道，繞大橢圓一圈，經26小時的無動力飛行後，主發動機點火，兩個探測器將徹底告別地球，進入地火軌道。
「這是一條雙曲線軌道，飛行時間很長，大概需要300天。」龐之浩說，經歷10個月左右的聯合飛行後，兩個探測器將在火星引力作用下，進入環繞火星的軌道，一起飛行3天後分離，「螢火一號」進入在軌測試和在軌運行階段，太陽能帆板展開，並開始進行獨立探測。
如變成地球衛星將喪失作用
3 「螢火一號」將面臨怎樣的命運？
龐之浩說，之前也有過火星探測器經調整後重新入軌並成功的案例，但這樣的案例很罕見。從目前的消息來看，「福布斯-土壤」探測器進入地火軌道失敗，嘗試幾次點火都不成功。以窗口期限、電池存量等考慮，它還有3天時間可以調整飛行狀態。目前應該出幾個方案，從可能性最大的方案開始實施。
龐之浩說，如果不成，「螢火一號」就會跟著「福布斯-土壤」探測器一起繞地飛行，變成地球衛星，但其功能全部按火星探測設計，「如果變成地球衛星，也就喪失了作用。」
4 「螢火一號」
中國志在探索 火星空間環境最大特色是什麼？
從外表上看，「螢火一號」的顯著特點是「小」。吳季曾坦言，其在技術上最大的挑戰便是「小」，因受俄方發射重量的限制，「螢火一號」之輕，實屬罕見。載荷小、距離遠、任務重，「螢火」實為不易。
從軌道上看，與其他探測器大都在火星近地面極地軌道飛行不同，「螢火一號」計劃沿近火點800公裡、遠火點80000公裡、軌道傾角正負5度的大橢圓軌道運行。龐之浩解釋說，這與它肩負的使命息息相關。
此前的火星探測，主要圍繞火星上有沒有生命、有沒有水而展開，低軌道能更好地觀測火星全球。「螢火」此行，主要為空間探測、大氣探測而去，填補當前人類對火星高層大氣、電離層、磁層環境、太陽風等相互作用的了解空白。
「這個軌道設計很新穎，能讓『螢火』在與地球、與『福布斯』之間發送信息時，信號的傳輸路徑都切入火星大氣層，這樣一來，就能試驗火星大氣環境對信號的幹擾。」龐之浩說。
從地球奔赴火星「道阻且長」
5 火星為何被稱為「太空飛行器的墳墓」？
在人類探測火星的歷程中，有無數「殉道者」。據龐之浩介紹，目前全世界已累計發射41顆火星探測器，只有20顆成功，勝算不到一半。
為何成功率如此之低？因這條路「道阻且長」。龐之浩說，此前失敗的火星探測器，大都沒能成功進入火星軌道，或失去聯繫，或著陸失敗。「螢火一號」此番行程，也面臨眾多嚴峻考驗。
首當其衝的，便是遠距離飛行，龐之浩介紹，地火軌道十分複雜，空間環境險惡，在這一過程中，探測器一方面因遠距離飛行，信號強烈衰減，不能隨時與地面保持聯繫，還隨時可能遭受「空間碎片」、「太陽風暴」等襲擊，旅途可謂荊棘遍布。
即使成功抵達火星軌道，危險也遠未減少。因火星地表起伏大，磁場分布十分不均勻，給飛行帶來不穩定因素，需時時調整。更可怕的是，探測器必須經歷「長火影」考驗，即在火星軌道飛行期間，長時間處於陰影區，沒有光照，就沒有能量源和熱量源，溫度降至零下200度，一不小心就可能被「凍死」。此外，火星風大、沙塵暴大，如果著陸，還要謹防動力裝置被沙塵覆蓋後掩埋，否則將寸步難行。
後年獨立發射火星探測衛星
6 我國將於何時獨立探測火星？
據介紹，我國火星探測計劃分三步進行：第一步是實施火星環繞探測，並開展軟著陸技術驗證；第二步是實施火星軟著陸，開展火星就位探測；第三步是實施火星無人採樣返回。三步簡稱「繞」、「落」、「回」，「螢火一號」是第一步。
空間技術專家戚發軔院士今年初接受媒體採訪時曾透露，我國計劃於2013年，獨立發射首顆火星探測衛星。
「我國下一次探測火星將是完全自主的火星探測，但也會同時邀請國際合作夥伴參與，共同為人類探測太陽系作出貢獻。」吳季說。繞月探測工程、嫦娥一號衛星系統總指揮兼總設計師葉培建此前表示，「中國目前已完全具備獨立探測火星的能力，利用自主研發的測控系統，發射自己的火星探測器沒有任何問題」。
中國需建自己的深空探測網
7 火星之旅我們還需做哪些努力？
龐之浩介紹，獨立探測火星，運載火箭首先需達到一定的運載能力，即第二宇宙速度11.2公裡每秒，方能讓衛星掙脫地球束縛，奔向地外行星。
探月衛星只需達到10.9公裡每秒即可，相比之下，發射嫦娥二號的火箭，還需進一步加速。對此吳季曾表示，我國目前火箭已有足夠的運載能力。
此外，我國還沒有建立起自己的深空探測網，而這是探測火星之必需，因為在太空飛行器遠距離飛行中，信號捕獲與控制尤為重要。龐之浩解釋，就火星探測來說，因信號存在幾十分鐘的延遲，大大增加了飛行控制的難度。距離遠、信號弱，就需要能力更強、範圍更廣的測控站，捕獲飛行器發自遙遠太空的信號，得知其運行狀況，及時作出調整。「螢火一號」如果工作，數據的上傳下達都離不開俄羅斯、歐空局地面站的幫助，但合起來也只能下載5%至10%的數據量。據介紹，我國預計明年建成國內深空探測網部分，2016年建成國外部分，屆時將用於支持我國將來的載人登月、火星探測和其他深空探測任務。
本版稿件綜合本報記者 商西 新華社報導
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