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專家詳解“螢火一號(hào)”為何搭俄“順風(fēng)車”
2011-11-10 08:46:34 來(lái)源：京華時(shí)報(bào) 北京時(shí)間昨天凌晨4點(diǎn)16分，中國(guó)首顆火星探測(cè)器“螢火一號(hào)”搭載在俄羅斯“福布斯-土壤”探測(cè)器內(nèi)部，由俄羅斯天頂號(hào)運(yùn)載火箭在哈薩克斯坦拜科努爾發(fā)射場(chǎng)發(fā)射升空。之后星箭正常分離，將探測(cè)器和上面級(jí)組合體送入預(yù)定軌道。然而隨后不久，俄羅斯聯(lián)邦航天署署長(zhǎng)波波夫金宣布，“福布斯-土壤”探測(cè)器及其所搭載的“螢火一號(hào)”火星探測(cè)器在飛行過程中出現(xiàn)意外，沒有按計(jì)劃實(shí)現(xiàn)變軌，未能如約奔赴火星，目前仍處于近地軌道。 據(jù)俄羅斯聯(lián)邦航天署發(fā)布的消息，將“螢火一號(hào)”和“福布斯-土壤”送入太空的是俄羅斯“天頂-2SB”運(yùn)載火箭。按計(jì)劃，火箭發(fā)射升空688秒后，“福布斯-土壤”探測(cè)器與“天頂-2SB”運(yùn)載火箭的第二級(jí)脫離。安裝在“福布斯-土壤”探測(cè)器上的主發(fā)動(dòng)機(jī)將在此后啟動(dòng)，并通過3次點(diǎn)火將兩個(gè)探測(cè)器送入飛往火星的軌道。全部飛行過程將歷時(shí)300天左右。到達(dá)火星后，“螢火一號(hào)”將與“福布斯-土壤”探測(cè)器分道揚(yáng)鑣，開始自主飛行，開展我國(guó)首次火星探測(cè)。 俄塔社援引俄羅斯聯(lián)邦航天署署長(zhǎng)波波夫金的話說，“福布斯-土壤”探測(cè)器目前仍然處于近地軌道，其主發(fā)動(dòng)機(jī)一直沒有啟動(dòng)，燃料箱也沒有與探測(cè)器脫離。波波夫金說，導(dǎo)致出現(xiàn)意外情況出現(xiàn)的原因顯然在探測(cè)器的控制系統(tǒng)。俄航天部門應(yīng)該還有3天時(shí)間對(duì)探測(cè)器的飛行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。 據(jù)介紹，該探測(cè)火星計(jì)劃是中俄兩國(guó)政府間合作項(xiàng)目。“螢火一號(hào)”由中國(guó)航天科技集團(tuán)公司所屬上海航天技術(shù)研究院抓總研制，攜帶等離子體探測(cè)包、磁強(qiáng)計(jì)、掩星接收機(jī)、光學(xué)成像儀等四種探測(cè)儀器。“螢火一號(hào)”原計(jì)劃2009年10月發(fā)射，后因俄方采集火星土壤樣品的取土器需改進(jìn)，研制計(jì)劃推遲，發(fā)射隨之推遲至今年。 目前，我國(guó)飛行最遠(yuǎn)的航天器是嫦娥二號(hào)，今年8月25日進(jìn)入太陽(yáng)與地球引力平衡點(diǎn)——拉格朗日L2點(diǎn)。“螢火一號(hào)”的飛行距離大約是嫦娥二號(hào)的200倍，按計(jì)劃將穿越3.5億~4億公里漫漫旅途向火星進(jìn)發(fā)。 ■“螢火”七問 “借船出海”能節(jié)省時(shí)間資金 1 “螢火一號(hào)”為何搭俄“順風(fēng)車”？ 中科院國(guó)家空間科學(xué)中心主任、“螢火一號(hào)”工程應(yīng)用首席科學(xué)家吳季此前表示，對(duì)于中國(guó)來(lái)說，在還沒有建立起真正的深空測(cè)控網(wǎng)之前，借用俄羅斯的探測(cè)器一同飛往火星，并開展聯(lián)合探測(cè)，可將我國(guó)科學(xué)家利用自主的探測(cè)數(shù)據(jù)、深入開展對(duì)火星研究的時(shí)間提前。 航天專家龐之浩也認(rèn)為，我國(guó)作為探測(cè)火星的“新手”，“螢火一號(hào)”此番“借船出海”能節(jié)省資金、借鑒他國(guó)成熟經(jīng)驗(yàn)，獲得國(guó)外深空測(cè)控網(wǎng)的幫助。 “沉睡”到達(dá)火星后獨(dú)立工作 2 “螢火一號(hào)”探測(cè)火星一共分幾步？ 航天專家龐之浩說，按原計(jì)劃，“螢火一號(hào)”的飛行大致有環(huán)繞地球、地火巡航、環(huán)繞火星三個(gè)飛行階段。在到達(dá)火星之前，“螢火一號(hào)”將一直處于“沉睡”狀態(tài)，兩者通過電纜連接，“螢火一號(hào)”的能量由“福布斯-土壤”供給。 按計(jì)劃，“螢火一號(hào)”隨俄羅斯火箭升空后，將由“福布斯-土壤”帶領(lǐng)，在距地面200公里的圓形軌道飛行4小時(shí)，后變軌至距離地面1萬(wàn)公里的過渡軌道，繞大橢圓一圈，經(jīng)26小時(shí)的無(wú)動(dòng)力飛行后，主發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，兩個(gè)探測(cè)器將徹底告別地球，進(jìn)入地火軌道。 “這是一條雙曲線軌道，飛行時(shí)間很長(zhǎng)，大概需要300天。”龐之浩說，經(jīng)歷10個(gè)月左右的聯(lián)合飛行后，兩個(gè)探測(cè)器將在火星引力作用下，進(jìn)入環(huán)繞火星的軌道，一起飛行3天后分離，“螢火一號(hào)”進(jìn)入在軌測(cè)試和在軌運(yùn)行階段，太陽(yáng)能帆板展開，并開始進(jìn)行獨(dú)立探測(cè)。 如變成地球衛(wèi)星將喪失作用 3 “螢火一號(hào)”將面臨怎樣的命運(yùn)？ 龐之浩說，之前也有過火星探測(cè)器經(jīng)調(diào)整后重新入軌并成功的案例，但這樣的案例很罕見。從目前的消息來(lái)看，“福布斯-土壤”探測(cè)器進(jìn)入地火軌道失敗，嘗試幾次點(diǎn)火都不成功。以窗口期限、電池存量等考慮，它還有3天時(shí)間可以調(diào)整飛行狀態(tài)。目前應(yīng)該出幾個(gè)方案，從可能性最大的方案開始實(shí)施。 龐之浩說，如果不成，“螢火一號(hào)”就會(huì)跟著“福布斯-土壤”探測(cè)器一起繞地飛行，變成地球衛(wèi)星，但其功能全部按火星探測(cè)設(shè)計(jì)，“如果變成地球衛(wèi)星，也就喪失了作用。” 4 “螢火一號(hào)” 中國(guó)志在探索 火星空間環(huán)境 最大特色是什么？ 從外表上看，“螢火一號(hào)”的顯著特點(diǎn)是“小”。吳季曾坦言，其在技術(shù)上最大的挑戰(zhàn)便是“小”，因受俄方發(fā)射重量的限制，“螢火一號(hào)”之輕，實(shí)屬罕見。載荷小、距離遠(yuǎn)、任務(wù)重，“螢火”實(shí)為不易。 從軌道上看，與其他探測(cè)器大都在火星近地面極地軌道飛行不同，“螢火一號(hào)”計(jì)劃沿近火點(diǎn)800公里、遠(yuǎn)火點(diǎn)80000公里、軌道傾角正負(fù)5度的大橢圓軌道運(yùn)行。龐之浩解釋說，這與它肩負(fù)的使命息息相關(guān)。 此前的火星探測(cè)，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(cè)火星全球。“螢火”此行，主要為空間探測(cè)、大氣探測(cè)而去，填補(bǔ)當(dāng)前人類對(duì)火星高層大氣、電離層、磁層環(huán)境、太陽(yáng)風(fēng)等相互作用的了解空白。 “這個(gè)軌道設(shè)計(jì)很新穎，能讓‘螢火’在與地球、與‘福布斯’之間發(fā)送信息時(shí)，信號(hào)的傳輸路徑都切入火星大氣層，這樣一來(lái)，就能試驗(yàn)火星大氣環(huán)境對(duì)信號(hào)的干擾。”龐之浩說。 從地球奔赴火星“道阻且長(zhǎng)” 5 火星為何被稱為“航天器的墳?zāi)埂保?/strong> 在人類探測(cè)火星的歷程中，有無(wú)數(shù)“殉道者”。據(jù)龐之浩介紹，目前全世界已累計(jì)發(fā)射41顆火星探測(cè)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(zhǎng)”。龐之浩說，此前失敗的火星探測(cè)器，大都沒能成功進(jìn)入火星軌道，或失去聯(lián)系，或著陸失敗。“螢火一號(hào)”此番行程，也面臨眾多嚴(yán)峻考驗(yàn)。 首當(dāng)其沖的，便是遠(yuǎn)距離飛行，龐之浩介紹，地火軌道十分復(fù)雜，空間環(huán)境險(xiǎn)惡，在這一過程中，探測(cè)器一方面因遠(yuǎn)距離飛行，信號(hào)強(qiáng)烈衰減，不能隨時(shí)與地面保持聯(lián)系，還隨時(shí)可能遭受“空間碎片”、“太陽(yáng)風(fēng)暴”等襲擊，旅途可謂荊棘遍布。 即使成功抵達(dá)火星軌道，危險(xiǎn)也遠(yuǎn)未減少。因火星地表起伏大，磁場(chǎng)分布十分不均勻，給飛行帶來(lái)不穩(wěn)定因素，需時(shí)時(shí)調(diào)整。更可怕的是，探測(cè)器必須經(jīng)歷“長(zhǎng)火影”考驗(yàn)，即在火星軌道飛行期間，長(zhǎng)時(shí)間處于陰影區(qū)，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(fēng)大、沙塵暴大，如果著陸，還要謹(jǐn)防動(dòng)力裝置被沙塵覆蓋后掩埋，否則將寸步難行。 后年獨(dú)立發(fā)射火星探測(cè)衛(wèi)星 6 我國(guó)將于何時(shí)獨(dú)立探測(cè)火星？ 據(jù)介紹，我國(guó)火星探測(cè)計(jì)劃分三步進(jìn)行：第一步是實(shí)施火星環(huán)繞探測(cè)，并開展軟著陸技術(shù)驗(yàn)證；第二步是實(shí)施火星軟著陸，開展火星就位探測(cè)；第三步是實(shí)施火星無(wú)人采樣返回。三步簡(jiǎn)稱“繞”、“落”、“回”，“螢火一號(hào)”是第一步。 空間技術(shù)專家戚發(fā)軔院士今年初接受媒體采訪時(shí)曾透露，我國(guó)計(jì)劃于2013年，獨(dú)立發(fā)射首顆火星探測(cè)衛(wèi)星。 “我國(guó)下一次探測(cè)火星將是完全自主的火星探測(cè)，但也會(huì)同時(shí)邀請(qǐng)國(guó)際合作伙伴參與，共同為人類探測(cè)太陽(yáng)系作出貢獻(xiàn)。”吳季說。繞月探測(cè)工程、嫦娥一號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)總指揮兼總設(shè)計(jì)師葉培建此前表示，“中國(guó)目前已完全具備獨(dú)立探測(cè)火星的能力，利用自主研發(fā)的測(cè)控系統(tǒng)，發(fā)射自己的火星探測(cè)器沒有任何問題”。 中國(guó)需建自己的深空探測(cè)網(wǎng) 7 火星之旅我們還需做哪些努力？ 龐之浩介紹，獨(dú)立探測(cè)火星，運(yùn)載火箭首先需達(dá)到一定的運(yùn)載能力，即第二宇宙速度11.2公里每秒，方能讓衛(wèi)星掙脫地球束縛，奔向地外行星。 探月衛(wèi)星只需達(dá)到10.9公里每秒即可，相比之下，發(fā)射嫦娥二號(hào)的火箭，還需進(jìn)一步加速。對(duì)此吳季曾表示，我國(guó)目前火箭已有足夠的運(yùn)載能力。 此外，我國(guó)還沒有建立起自己的深空探測(cè)網(wǎng)，而這是探測(cè)火星之必需，因?yàn)樵诤教炱鬟h(yuǎn)距離飛行中，信號(hào)捕獲與控制尤為重要。龐之浩解釋，就火星探測(cè)來(lái)說，因信號(hào)存在幾十分鐘的延遲，大大增加了飛行控制的難度。距離遠(yuǎn)、信號(hào)弱，就需要能力更強(qiáng)、范圍更廣的測(cè)控站，捕獲飛行器發(fā)自遙遠(yuǎn)太空的信號(hào)，得知其運(yùn)行狀況，及時(shí)作出調(diào)整。“螢火一號(hào)”如果工作，數(shù)據(jù)的上傳下達(dá)都離不開俄羅斯、歐空局地面站的幫助，但合起來(lái)也只能下載5%至10%的數(shù)據(jù)量。據(jù)介紹，我國(guó)預(yù)計(jì)明年建成國(guó)內(nèi)深空探測(cè)網(wǎng)部分，2016年建成國(guó)外部分，屆時(shí)將用于支持我國(guó)將來(lái)的載人登月、火星探測(cè)和其他深空探測(cè)任務(wù)。 來(lái)源：京華時(shí)報(bào) 編輯：馬原
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