關于火星的“恐怖故事”

作為地球的鄰居，美麗的火星在人類的想象中歷來是一個神秘而又危險的地方。古往今來的科幻作品中，從來不乏“火星人”的矯健身影，他們可以是蟲形、水母形、海星形，躲在陰森黑暗的角落里，謀劃著一場接一場的侵略地球大戰(zhàn)。

電影《火星人玩轉地球》中的火星人

在現(xiàn)實生活中，人類也一直沒有放棄探索火星的征程。截至2014年底，美國、俄羅斯、歐洲、日本及印度向火星發(fā)射了42次火星探測器，任務成功或部分成功22次。如此高的失敗率，讓火星被稱為“探測器的墳場”或“死亡星球”。那么，到底是什么原因讓這些探測器“有去無回”呢？

探索火星第一關離開地球

發(fā)射階段的任務是將火星探測器從地面送入地-火轉移軌道，它是整個火星探測的第一步，約有30%的探火故障發(fā)生于發(fā)射階段。在50多年來的火星探測活動中，很多次失敗都是由于運載火箭的故障而引起的。

這些運載火箭故障大多都發(fā)生在人類探火初期。其中一個重要原因是當時運載火箭的能力、入軌精度、可靠性都不能充分地滿足需求。

在美蘇兩個超級大國冷戰(zhàn)時期的空間競賽中，探火計劃倉促上馬，特別是蘇聯(lián)從1960年10月10日至1971年5月的前10次探火任務全部失敗，其中7次都出現(xiàn)在發(fā)射階段。

進入20世紀70年代后，運載火箭技術進步較快，日趨成熟。但即便如此，仍出現(xiàn)因運載火箭上面級故障而造成發(fā)射失敗的重大事故。1996年11月，俄羅斯選用了質子號火箭發(fā)射火星-8探測器，但它在進入繞地球軌道后，因其第4級發(fā)動機二次點火失敗而墜入南太平洋。

質子號系列運載火箭成功率87%

探索火星第二關迷失軌道

要登上火星，探測器必須先切入火星軌道。進入火星軌道的難度相當于從巴黎打一個高爾夫球，正好落到了東京的某個球洞里。

2003年12月，日本希望號火星探測器因為技術故障在太空中飛行5年，到了最后關頭又出現(xiàn)故障，十分可惜地與火星擦肩而過，變成繞太陽飛行的人造行星。

希望號：本來只想去火星一不小心變成逛太陽系了

那么，如何進入火星軌道呢？首先，要選擇適當?shù)那腥敫叨?。如果探測器離火星過遠，無法被火星引力捕獲，它會掠過火星；如果切入點離火星太近，則可能墜毀于火星大氣層。

然后是制動速度的大小和長短，太大或太小，太長或太短都會影響探測器準確進入預定的火星軌道。

探索火星第三關著陸的劫數(shù)

在火星著陸最為危險，這一過程雖然只有六分鐘，但被稱為“恐怖的六分鐘”。

火星的大氣與地球相比，稀薄而寒冷。火星的大氣密度比地球小約2個數(shù)量級，只相當于地球30km高度的大氣密度。

海盜號探測器拍攝的火星

進入火星大氣層后，探測器防熱措施如何，降落傘、氣囊和緩沖火箭能否按程序工作都至關重要，必須非常精確。另外，火星上的一塊石頭或者一陣狂風都有可能破壞原有的計劃。

因此，這一階段也是非常關鍵的階段。由于能造成故障或失敗的因素很多，故障比例和發(fā)射階段相近，達到了26.8%。

好奇號火星車通過“空中吊車”在火星表面著陸

探索火星第四關死亡星球

別以為度過了“恐怖六分鐘”就萬事大吉了，火星表面環(huán)境十分復雜，氣候條件惡劣，一不小心就會前功盡棄。

火星表面溫度極低，對探測器溫度調(diào)節(jié)裝置有很高的要求；火星大氣密度約只有地球的1%，輻射相當嚴重；火星表面很不平整，充滿凹坑和巖石，探測器很有可能陷入松軟的火山灰覆蓋的陷阱中；火星上的沙塵暴也十分可怕，有時達到6倍于地球上12級臺風的強度，持續(xù)時間可達一年……只有克服這一個個難題，才能最終在這顆星球上存活下來。

火星表面布滿石塊和小坑

1971年，蘇聯(lián)發(fā)射的火星-3著陸獲得成功，這是世界上首次火星軟著陸，但僅在火星表面?zhèn)鬏斄?0秒的數(shù)據(jù)，著陸器就毀壞在火星沙塵暴中。

火星-3探測器

雖然經(jīng)歷層層磨難后，只有一部分探測器能夠探索火星，但幾十年來人類通過不懈努力取得了重要進展。

實際上，每次探測任務，無論成功與否，都帶來了技術創(chuàng)新：火星探路者、勇氣號、機遇號采用的氣囊著陸減震技術；鳳凰號采用的基于支架緩沖的著陸系統(tǒng)；好奇號火星車采用的空中吊車著陸技術等。

鳳凰號采用支架緩沖的著陸系統(tǒng)

每項創(chuàng)新不僅對本身任務的成功起到了至關重要的作用，也推動了深空探測技術的進步，為今后載人火星探測和其他星際探測任務奠定了堅實的基礎。

進入21世紀以來，美國連續(xù)6次重大火星探測任務的成功和歐空局火星快車軌道器的成功，標志著火星探測技術上已日趨成熟。人類已初步掌握了火星的在軌探測和機器人表面定點探測與巡視探測，獲得了豐碩的科學成果。或許不需要多久，人類就可以像電影《火星救援》里的馬特達蒙一樣，去火星上種土豆了呢。

電影《火星救援》里的火星土豆基地（落難火星的“恐怖故事”）

參考文獻/《火星探測征程》《國際太空》2015年第08期《國外行星探測進入器發(fā)展綜述》