阿聯(lián)酋火星探測器發(fā)射升空 拉開2020年火星探測序幕

北京時間2020年7月20日凌晨5點(diǎn)58分，阿聯(lián)酋首顆火星探測器“希望”號由日本運(yùn)載火箭發(fā)射升空，發(fā)射地點(diǎn)位于日本的種子島航天中心。

根據(jù)軌道設(shè)計，該探測器要經(jīng)過大約200多天的飛行，2021年2月份才能抵達(dá)火星。其主要的科學(xué)目標(biāo)是研究火星氣候演變以及天氣狀況，例如沙塵暴等。希望號團(tuán)隊(duì)表示，這是第一顆真正的火星氣象衛(wèi)星。設(shè)計壽命為2年。

一、希望號探測器的組成和科研目標(biāo)

希望號探測器由阿聯(lián)酋和美國科羅拉多大學(xué)波德分校聯(lián)合研制，重1.35噸，大小與一輛轎車相仿。由兩個太陽能發(fā)電板供電，總功率1.8千瓦，這和家用電水壺的功率差不多。探測器搭載有直徑1.5米的高增益天線以及若干低增益天線。此外，探測器利用恒星跟蹤定位儀來進(jìn)行導(dǎo)航。

上面我們提到，探測器重1.35噸，其中接近一半的重量為燃料，燃料主要用于6臺推力為120牛頓的發(fā)動機(jī)進(jìn)行變軌使用。探測器的姿態(tài)調(diào)整采用的是動量輪裝置，動量輪的原理并不復(fù)雜，就是利用不受外力矩系統(tǒng)的角動量守恒的原理，當(dāng)輪子順時針旋轉(zhuǎn)的時候，探測器就向逆時針轉(zhuǎn)動。這種裝置可以不用消耗燃料進(jìn)行探測器的姿態(tài)調(diào)整，是一種在太空中普遍使用方法。希望號探測器搭載有三種主要的儀器，他們分別是：

1、探索成像儀（EXI）：這是一種多波段相機(jī)，能夠拍攝高分辨率圖像，可以對火星大氣中的水蒸氣、冰晶、沙塵、氣溶膠以及臭氧進(jìn)行測量。

2、紅外光譜儀（EMIRS）：用于測量火星大氣中的水蒸氣、冰晶和沙塵的溫度。

3、紫外光譜儀（EMUS）：用于測量火星的全球特征和火星大氣熱層的變化，為了解開氫和氧的丟失問題。

二、日本提供運(yùn)載火箭

H-IIA運(yùn)載火箭直徑4米，高度53米，屬于捆綁式兩級火箭?；鸺炯壊捎脷溲醢l(fā)動機(jī)，外加2或4枚固體火箭助推器（根據(jù)執(zhí)行任務(wù)不同進(jìn)行調(diào)整）。近地軌道的運(yùn)載能力為10到15噸，地球同步轉(zhuǎn)移軌道的運(yùn)載能力為4到6噸。

H-IIA火箭的運(yùn)載能力與我國的長征三號乙火箭相當(dāng)。長三乙是我國主力運(yùn)載火箭，發(fā)射載荷主要為地球靜止軌道通信衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、北斗導(dǎo)航衛(wèi)星和月球著陸探測器等。

三、美國提供深空測控網(wǎng)

火星探測器離開地球，在飛往火星的過程中需要精確測控。由于探測器的距離很遠(yuǎn)，發(fā)出的信號隨著距離的增加而衰減，這就需要有強(qiáng)大的深空測控能力。阿聯(lián)酋目前尚不具備這種能力，因此需要美國幫助測控和信號回傳。

美國深空網(wǎng)（DSN）是由美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室管理的一個先進(jìn)的測控網(wǎng)，是為了對執(zhí)行月球、行星和行星際探測任務(wù)的航天器進(jìn)行跟蹤、導(dǎo)航與通信而建立的地基全球分布測控網(wǎng)。

圖注：位于西班牙馬德里的70米深空網(wǎng)天線。

為了克服地球自轉(zhuǎn)影響，實(shí)現(xiàn)對深空航天器的連續(xù)跟蹤，深空網(wǎng)的布局通常是在全球范圍內(nèi)經(jīng)度上間隔120度布站，這樣就可以確保對距離地球表面距離在3萬千米以上的航天器進(jìn)行連續(xù)跟蹤。

美國NASA深空網(wǎng)由在全球按經(jīng)度間隔120°分布的三個深空通信綜合設(shè)施組成，分別位于美國加州的戈?duì)柕滤雇?、西班牙的馬德里和澳大利亞的堪培拉，深空網(wǎng)的操作控制中心位于美國加州帕薩迪納的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）。NASA深空網(wǎng)是目前世界上規(guī)模最大、能力最強(qiáng)的深空測控系統(tǒng)。

除了美國深空網(wǎng)，歐空局也有自己的深空網(wǎng)。近年來，我國為了深空探測的需要，也建立了自己的深空網(wǎng)，嫦娥探月計劃的成功實(shí)施，深空測控網(wǎng)功不可沒。根據(jù)官方報道，我國將于7月20日至7月25日擇機(jī)發(fā)射“天問一號”火星探測器，這得益于我們除了擁有推力強(qiáng)勁的長征五號運(yùn)載火箭之外，還擁有獨(dú)立的深空網(wǎng)。

大家比較熟悉的，有西安衛(wèi)星測控中心的喀什測控站、以及佳木斯深空站等。其中，佳木斯深空站，位于中國黑龍江省佳木斯市，2013年建成。

四、阿聯(lián)酋為什么要探測火星？

上面介紹了那么多細(xì)節(jié)，你可能要問，阿聯(lián)酋為什么要探測火星？

圖注：希望號任務(wù)徽章。

太空的深邃浩渺本身就吸引著地球上的每一個人，星辰大海也是每一個民族的夢想。當(dāng)具備經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件，都會嘗試去探索。雖然阿聯(lián)酋在技術(shù)實(shí)力上尚不具備獨(dú)立探索火星的能力，但是他們可以通過與其他國家合作來完成這個夢想。

根據(jù)官方說法，阿聯(lián)酋希望通過這次的火星探測來激發(fā)年輕人仰望星空，探索宇宙的希望之心。此前，阿聯(lián)酋曾提出過“2117火星定居計劃”，本次發(fā)射也彰顯了這個決心。該火星探測器將于明年（2021年）抵達(dá)火星，正好是阿聯(lián)酋成立50周年。

五、為什么2020年三個國家扎堆去火星？

你如果關(guān)注太空，會知道今年有三個國家向火星發(fā)射探測器：我國的“天問一號”探測器、美國的“毅力”號火星車和本次阿聯(lián)酋的“希望”號探測器。其中，天問一號將于7月下旬到8月上旬擇機(jī)發(fā)射，“毅力”號將于7月30日到8月15日之間發(fā)射。

如果錯過了8月15日這個最后的窗口日期，那么要繼續(xù)等兩年。這是為什么呢？

簡單來講，這是因?yàn)榈厍蚝突鹦沁\(yùn)行在不同高度的軌道上，火星的公轉(zhuǎn)周期接近地球公轉(zhuǎn)周期的兩倍。從地球向火星發(fā)射探測器就要等到這兩顆行星處于一定的相對位置時再發(fā)射，最節(jié)約燃料。具體來講，在軌道上，當(dāng)火星超前地球44度左右時是最佳發(fā)射時機(jī)。這時候的飛行軌道就是所謂的“霍曼軌道”。這種時機(jī)，兩年多才有一次，因此，錯過今年的發(fā)射窗口，就要再等兩年多。

六、人類為什么熱衷于探索火星？

火星是太陽系內(nèi)與地球環(huán)境最接近的行星，有一定厚度大氣層，有堅固的地表，還封存有大量冷凍狀態(tài)的水。因此，在未來，火星是存在移民可能性的行星。

另外，火星還可能存在像微生物這種低等形式的生命，這也是世界各國熱衷探索火星的重要原因。