[科普中國(guó)]-火星極地著陸器探測(cè)器

任務(wù)概況

NASA的“火星勘測(cè)98計(jì)劃”包括2個(gè)探測(cè)器，即“火星氣候軌道器”(MCO)和“火星極地著陸器”。根據(jù)計(jì)劃，這2個(gè)探測(cè)器將幾乎同時(shí)到達(dá)火星，對(duì)火星大氣、氣候和表面特性進(jìn)行同步測(cè)量?！盎鹦菤夂蜍壍榔鳌庇?998年12月11日用“德爾它”火箭發(fā)射，任務(wù)目標(biāo)是監(jiān)測(cè)火星大氣塵埃和水汽，繪制火星氣候變化演變圖。1999年9月23日，“火星氣候軌道器”到達(dá)火星附近并按計(jì)劃進(jìn)行了入軌機(jī)動(dòng)，但經(jīng)過(guò)火星背面之后就與地面失去聯(lián)系，隨后墜入火星大氣燒毀。事故調(diào)查表明，故障原因是地面發(fā)出的英制指令未轉(zhuǎn)換成公制指令，致使導(dǎo)航信息錯(cuò)誤，造成通信失敗和任務(wù)損失。1

按照計(jì)劃，“火星極地著陸器”進(jìn)入火星大氣后將釋放2個(gè)穿透器．使其以200m/s的速度撞擊火星表面，鉆取火星表層以下土壤進(jìn)行分析。1999年12月3日，探測(cè)器到達(dá)火星附近，但在準(zhǔn)備進(jìn)入火星大氣前6min與地面失去聯(lián)系，隨后墜毀在火星表面。調(diào)查表明，探測(cè)器在降落期間打開著陸架時(shí)發(fā)送了錯(cuò)誤信號(hào)，使制動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)提前關(guān)機(jī)，導(dǎo)致探測(cè)器下降速度過(guò)快而墜毀。1

著陸過(guò)程美國(guó)航空航天局于1999年1月發(fā)射了由噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室研制的火星極地著陸器，該飛行器于1999年12月3日到達(dá)火星。計(jì)劃在火星南極登陸后工作9個(gè)月，進(jìn)行火星氣候等3項(xiàng)科學(xué)研究。飛行器在執(zhí)行著陸過(guò)程后沒有按原計(jì)劃向地球發(fā)回任何信息。經(jīng)地面工作人員盡力聯(lián)系，終告失敗。2

火星極地登陸器的著陸過(guò)程如圖2-1所示。著陸器在8800m的高度首先打開降落傘，然后在2500m高度測(cè)高雷達(dá)開始工作。當(dāng)著陸器到達(dá)火星表面1500m的上空時(shí)，著陸器的3條機(jī)械腿便展開。在1200m的高度，著陸器與降落傘分離，同時(shí)反推火箭發(fā)動(dòng)機(jī)開始制動(dòng)。反推火箭發(fā)動(dòng)機(jī)著陸時(shí)在系統(tǒng)控制下立即關(guān)機(jī)。在著陸器的每條機(jī)械腿上都有1個(gè)霍爾效應(yīng)磁傳感器，用來(lái)感受著陸器是否已經(jīng)觸及火星地面，并在觸及地面的50ms內(nèi)關(guān)閉反推火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，從而完成著陸的過(guò)程。2

著陸器于1999年12月3日到達(dá)火星上空后工作正常。在準(zhǔn)備進(jìn)人火星表面6.5h前，進(jìn)行了最后一次軌道修正。在12時(shí)02分，飛行器調(diào)整到降落姿態(tài)。此時(shí)按照飛行計(jì)劃，飛行器的天線偏離地球指向，信號(hào)自然消失。著陸器計(jì)劃在12時(shí)14分著陸，并且在24min后向地球發(fā)送45min的數(shù)據(jù)。但是，地球上再?zèng)]有接收到任何發(fā)回的信號(hào)。2

地面工作人員與登陸器取得聯(lián)系的努力一直持續(xù)到2000年1月17日，均無(wú)效果，于是飛行任務(wù)機(jī)構(gòu)宣布結(jié)束這種努力。

主要性能參數(shù)探測(cè)器由巡航級(jí)和著陸器組成。其中著陸器質(zhì)量為293kg，高1.06m，寬3.6m，主結(jié)構(gòu)為六邊形，由3條鋁合金著陸腿支撐。2個(gè)太陽(yáng)翼從基座的2個(gè)對(duì)邊伸出，基座上安裝有2m長(zhǎng)的機(jī)械臂、中增益碟型天線和UHF天線。

巡航級(jí)裝有4個(gè)肼燃料推進(jìn)模塊，每個(gè)模塊包括1個(gè)22N的推力器(用于軌跡修正)和1個(gè)4.4N反作用控制推力器(用于姿控)。巡航飛行期間，探測(cè)器采用三軸穩(wěn)定，由星敏感器、太陽(yáng)敏感器和慣性測(cè)量單元提供姿態(tài)信息。著陸器的EDL系統(tǒng)包括3組(每組4個(gè))266N的脈沖調(diào)節(jié)制動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。采用4波束多普勒雷達(dá)系統(tǒng)和姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)提供下降、著陸期間的高度數(shù)據(jù)和姿態(tài)信息。巡航期間通過(guò)巡航級(jí)上的X頻段中增益天線與地面通信，著陸器通過(guò)UHF天線與“火星氣候軌道器”通信，再由后者將數(shù)據(jù)傳回地球。巡航期間的電源由巡航級(jí)上面積為3.1平方米的太陽(yáng)翼提供。在火星表面著陸后，著陸器電源由2個(gè)總面積2.9平方米的太陽(yáng)電池陣和16A·h的氫鎳電池組提供。1

有效載荷探測(cè)器有效載荷包括火星下降成像儀、立體成像儀、機(jī)械臂相機(jī)、氣象學(xué)儀器包、熱和析出氣體分析儀、激光測(cè)距儀、火星揮發(fā)物和氣候儀器包。1

相關(guān)新聞新華社洛杉磯2005年5月8日電:美國(guó)宇航局一艘飛船5年前在進(jìn)入火星大氣層時(shí)“失蹤”。美國(guó)科學(xué)家最近聲稱發(fā)現(xiàn)了這艘名為“火星極地著陸者”的飛船的殘骸。3

1999年12月美國(guó)宇航局與“火星極地著陸者”失去了通信聯(lián)系。這艘宇宙飛船當(dāng)時(shí)試圖進(jìn)入火星大氣層,以研究火星上的天氣并尋找火星上長(zhǎng)期氣候變化的證據(jù)。美國(guó)宇航局曾因“火星極地著陸者”事故而受到批評(píng)。

美國(guó)科學(xué)家邁克爾·馬林在即將出版的新一期《天空與望遠(yuǎn)鏡》雜志上報(bào)告說(shuō),通過(guò)重新檢查美國(guó)“火星環(huán)球勘探者”探測(cè)器上一臺(tái)相機(jī)于1999年和2000年拍攝的照片,他找到了“火星極地著陸者”殘骸的蹤跡。

馬林稱,通過(guò)分析照片他發(fā)現(xiàn)了“火星極地著陸者”著陸時(shí)使用的降落傘。距降落傘幾百米遠(yuǎn)的地方是一片被擾亂的地帶,該地帶中央有一個(gè)較大的標(biāo)記。馬林認(rèn)為,這可能就代表著“火星極地著陸者”飛船的殘骸。3

馬林認(rèn)為,當(dāng)時(shí)“火星極地著陸者”穿越火星大氣層和打開降落傘的過(guò)程基本上是成功的,災(zāi)難發(fā)生在著陸前很短的一段時(shí)間里。美宇航局幾年前公布的事故調(diào)查報(bào)告曾得出結(jié)論認(rèn)為,原計(jì)劃在火星南極著陸的“火星極地著陸者”在著陸前發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)早關(guān)閉,結(jié)果導(dǎo)致了飛船墜毀。

美宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的一名發(fā)言人表示,目前關(guān)于“火星極地著陸者”殘骸的照片還不具有權(quán)威性。馬林說(shuō),今年晚些時(shí)候,美宇航局“火星環(huán)球勘探者”探測(cè)器將對(duì)“火星極地著陸者”的出事地點(diǎn)進(jìn)行重新檢查,有望發(fā)回更高分辨率的照片,“火星極地著陸者”的歸宿屆時(shí)將有定論。3