官方只给了一张图，我国首次火星探测到底要怎么搞？-李会超

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官方只给了一张图，我国首次火星探测到底要怎么搞？
- 李会超空间物理学博士，科普作者
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2019-10-17 07:35:44 字号：A- A A+ 来源：观察者网

最后更新: 2019-10-17 07:36:05

环绕器和着陆器，一对好搭档

虽然对新的飞行路径方案的研究已有不少成果，但在目前的技术条件下，人类向火星发射的探测器只能沿着一条被称为“费曼转移轨道”的椭圆轨道，从地球附近飞向火星附近。这条椭圆轨道的两端，一端与地球公转轨道相切，一端与火星公转轨道相切。由于探测器沿着这条轨道飞向火星的时间是一定的，而入轨的时机有必须使得航天器到达转移轨道另一端时，刚好与火星相遇，因此向火星发射的窗口每26个月才会出现一次。下次火星发射的窗口将于2020年出现，我国的火星探测器计划于那时启程，奔赴火星。在这个时间段和她一块上路的，还有美国NASA的火星2020探测器。

（探测器未在发射窗口发射，虽然到达火星轨道但未能与火星相遇）

（探测器在发射窗口发射，与火星相遇）

从图片中，我们可以看到我国的首个火星探测器大致由两部分组成。上面的一部分呈现钝头的锥形，与神舟飞船的返回舱外观相似。而下面的一部分则外观金光闪闪，底部有一个喷嘴，与一般的卫星有几分相像。根据已发表文献的介绍，我国首次火星探测将在一次任务中实现火星环绕、着陆和巡视这三种手段的探测，而探测器由环绕器和着陆器两部分构成。笔者认为，图片中探测器的上半部分的钝头体是适合在火星大气中实施气动减速的外形，因此应该是着陆器，而下半部分没有为着陆过程中与大气的相互作用采取特殊措施，应该是不进入火星大气层的环绕器（也称轨道器）。

按照计划，环绕器和着陆器的组合体将由长征五号火箭直接送入地火转移轨道，也就是上文所提的费曼转移轨道飞向火星，而不会像某南亚国家的探测器一样，在地球附近要兜很长时间的圈子一点一点的变轨。一般来说，这种较为复杂的入轨操作，要由为长征五号配套研制的远征二号上面级来完成最后的工作。入轨后，探测器要经历9个月左右的飞行，其间还要视情况对轨道进行中途修正，才能到达火星附近。在接近火星后，探测器要使用自己的发动机实施变轨操作，从以太阳为中心的转移轨道过渡到以火星为中心、周期约为10个火星日的椭圆轨道上。在这条轨道上进行调整后，探测器会再行过渡到周期为2个火星日的椭圆停泊轨道上，进一步接近火星。在这里，组合体会对预定的着陆区进行抵近探测，确定实际使用的着陆点。之后，着陆器和环绕器分离，着陆器在火星软着陆后释放巡视器（也称“火星车”），由巡视器开展巡视探测。而环绕器则留在环绕火星的轨道上，在进行探测的同时，也充当火星车与地球之间的“信使”，提供通信中继服务。

做难事必有所得

对于火星探测来说，环绕探测可以使我们获得有关火星较为全面的信息，而着陆和巡视探测则能够使我们获得更为的精细信息，在环绕器和巡视器的相互配合下，我国首次火星探测将完成研究火星形貌与地质构造特征、火星表面土壤特征与水冰分布、火星表面物质组成、火星大气电离层及表面气候与环境特征和火星物理场与内部结构这五方面的科学目标。同时，虽然在火星表面着陆的航天器也能直接与地球进行通信，但由于着陆器和巡视器一般不会配备增益比较高的天线，受遥远距离导致的信号衰减影响，与地球通信的带宽十分有限。此外，受火星的自转及火星与地球间相对位置等因素的影响，能够进行直接通信的时间段也比较有限。因此，环绕器不只在科学上具有与着陆器、巡视器互补的作用，其中继通信功能也是巡视器能够完成任务的必选配备。

对于美国NASA这种已经长期进行火星探测的老手，往往在新的着陆器发射前，火星附近就已经有多个环绕器在稳定工作。因此，只需单独发射着陆器，就能依靠已有环绕器的中继通信服务完成任务。例如，当好奇号火星车发射时，NASA的火星奥德赛、MRO及其合作方ESA的火星快车，都已经在火星轨道上等待为好奇号提供服务。而对于我国的首次独立火星探测，就采取了把环绕器和着陆、巡视器打包在一起发射的方式。这也是美国的维京1号（“维京”也译作“海盗”）、维京2号等最初进行火星着陆探测的探测器所采用的方式。

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标签中国航天火星探测
- 责任编辑: 陈辰
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