俄罗斯的火星探险计划

1. 俄罗斯的火星探险计划

 俄罗斯的火星探险计划
   《中国青年 科技 》1996年第六期
   乔阿光编译
      火星这个地球的近邻自古以来就吸引了无数学者的注意。但直到二十世纪，人类才有可能对它进行研究。近年来人们向火星发射了一系列探测器。它们把火星的大小、气候、海洋、大气、火山、岩石成份、磁场、表面温度等种种信息传回地球。俄罗斯柯罗廖夫能量火箭航天集团自1963年以来一直进行火星方面的研究。最近，他们提出了一个火星探险方案。
   他们的火星探险的构想，基本采用简单的传统的方案来实现火星探险。在飞船飞向火星后，在近火星轨道上送出火星登陆艇，部分机组人员乘此登陆艇降落在火星表面上，然后用起飞火箭把载有宇航员的登陆艇送回基地，并飞回地球(和1969年美国的“阿波罗”登月相类似)。整个探险需用近两年的时间。
    火星探险飞船的结构 
   用于宇宙航行的飞船，其外形常取决于选择何种发动机作动力。专家们在研究了一些早期方案后认为，行星际航行要用电喷气发动机。这种发动机经济、可靠。其能源过去用核反应装置，但近来却看好太阳能电池，因其使用安全，没有生态污染。
   行星际飞船将由三个部份组成：在行星际飞行期间宇航员生活和工作的居住舱；带有起飞火箭的登陆艇，此艇可使部份机组人员在火星上着陆，工作结束后，把他们送回飞船基地；还有一个能把行星际飞船从近地轨道送到近火星轨道，并返回地球的太阳能拖船(图一)。
      图一 火星探险飞船的组成
   1.太阳能拖船，2.生活舱，3.着陆装置
   　　带有拖船的飞船(起始重量为450吨)从外部形状看像一个巨大的有太阳能电池的风筝。两个太阳能电池板的面积为350 350平方米。
    　　飞向火星的准备工作 
   第一，建造运载装置，用它把飞船的零部件送到近地轨道上去。此运载装置即已核准的“能量”火箭和“土星513”火箭。为运送这些零件要把这两种火箭发射六次，然后在太空中把这些零件安装起来。“礼炮”号空间站和“和平”号空间站上的自动对接系统可以保证进行这种安装工作并可达100次之多。
   第二，建造能支撑太阳能电池的桁梁。俄罗斯已积累了大量在太空中安装大型桁梁的经验。如在“礼炮”号空间站上用的12米长的桁梁，“灯塔”号空间站和“和平”号空间站上用的147米的桁梁“槐树”等。在阿尔法国际空间站上将建更大的几十米的构件。由此可见为未来的飞船建造200米的桁梁是不成问题的。
   第三，要制造电喷气发动机。俄罗斯、美国和欧洲均已有此种发动机。而且俄罗斯的电喷气发动机适用于火星探险。专家们在研究了一些早期方案后认为，行星际航行要用电喷气发动机。这种发动机经济、可靠。其能源过去用核反应装置，但近来却看好太阳能电池，因其使用安全，没有生态污染。
   　　第四，解决人类在太空中长期生活的问题。“和平”号空间站从1986年起一直在太空中工作，俄罗斯宇航员和实验人员巳证明人类能长期在太空中生活。有几个人在太空中工作近一年。从1994年1月开始又进行了几乎一年半的太空飞行实验。这离飞向火星所需要的近两年的飞行时间已不远了。此外，瓦列里·波梁可夫医生在“和平”号空间站正为未来的探险计划进行医学研究，以保证未来的火星探险者们的 健康 。
   第五，建造火星登陆艇。此工作虽然尚未开始，但可借鉴美国“阿波罗”计划中的登月艇的建造经验。此外，俄罗斯和美国在制造自动降落装置方面都有丰富的经验，近年来这些自动降落装置不仅在月球上，而且在火星和金星上都成功地降落过。
    火星探险的三个阶段 
   在把地球使者送上旅途之前，先要向火星发出未来的行星际飞船的模型，然后对在实际使用中的飞船的全部系统进行无人飞行试验；最后送出第一个载人行星际探险飞船。这就是火星探险的三个阶段。
   第一阶段是发送火星探险飞船的模型即火星探险飞船的子飞船(图二)。
      图二 火星探险第一阶段 火星探险的子飞船 1.太阳能电池，2.电喷发动机 3.研究火星的仪器设备
   用它来检查方案中制定的基本技术措施。为此首先要建造子飞船。运载飞船“进步”号把它的零部件运到轨道站上，机组人员把零件安装起来，展开太阳能电池。子飞船的“首脑”是一个庞大无比，重达13吨的科学仪器(图三)。
      图三 在“和平”站上装配火星探险子飞船 1.把子飞船各部件送上和平号 2.展开太阳能电池的桁梁 3.展开太阳能电池 4.子飞船离开轨道站
   火星探险的第二阶段是对行将到来的探险进行总彩排。一种方法是向火星发送飞船的精确的复制品，用自动控制技术完成所有过程，没有宇航员参与。另一种方法是让宇航员住在居住舱中，留在近地轨道上进行试验，用另一个火星登陆艇代替居住舱加入火星飞船(图四)。
      图四 火星探险的第二阶段 无人飞行的火星探险飞船：1.太阳能电池，2.电喷发动机，3.着陆艇
   这样，飞行方案没有改变，而在红色星球表面却一下子落下了两个登陆艇。起飞火箭把其中一个带上火星土壤飞到太阳能拖船上。第一个登陆艇留在火星上。它的起飞火箭换成了研究用的仪器设备。其中有十个火星行走器，每个约两吨重(图五)。
      图五 第二阶段中的两个着陆艇 1.第一着陆艇起飞取回火星土壤 2.用火星行走器研究火星
   它们沿不同的路线穿越火星上最令人感兴趣的地区，通过卫星转播器向地球发送信息。这样当进行探险的第三阶段（图六）即发射载人探险飞船到火星时，就可直接飞到火星行走器发现的有研究价值的地方去。
      图六 火星探险的第三阶段 火星探险飞船 1.太阳能电池 2.电喷发动机 3.生活舱 4.带起飞火箭的着陆艇
   总的来说，这个方案原则上能满足所有的要求。第一，它是各种研究方案中最便宜的一种。
   按能量火箭航天集团的专家们计算，资金总数不超过五千亿美元。第一，保证人类飞往火星的技术装备在完成操作规程之后可使用多次。电喷气发动机是最经济的一种，在其他登火星方案中也可使用。第三，本方案能使专家们在过渡阶段就获取大量关于火星的信息。
   (责任编辑 田蠡)
   后记：此文是上世纪90年代的计划，文中指望作为中间站的和平号空间站已在2001年因俄罗斯经济困难无力支撑而坠毁。俄罗斯这个过时的计划也只能参考了。

2. 中国进行的火星探测都计划了什么？

中国未来将进行深空探测，探zhi测太阳系dao、火星、小行星等，探寻地外生命信息。 针对火星本体的科学研究，将包括对火星磁层、电离层和大气层的探测与环境科学，
包括火星的地形、地貌特征与分区，火星表面物质组成与分布，地质特征与构造区划；对于火星内部结构、成分，火星的起源与演化也将进行进一步的研究和探索。

焦维新（中国“萤火一号”科技部评审专家之一）说：（由于火星探测zhi计划）需要建立深空探测网，但中国还没有建立起像美国那样覆盖全球的深空探测网。“仅靠我们自己国土上现有的探测网和少量的探测船是不够的”。
对于中国何时能自主探测火星，焦维新认为恐怕还要20年。

3. 我国首次火星探测任务

我国首次火星探测任务于2016年立项，计划通过一次任务实现火星环绕、着陆和巡视探测。天问一号探测器于2020年7月23日在海南文昌由长征五号运载火箭成功发射，2021年2月10日成功实施火星捕获，成为我国第一颗人造火星卫星，2月24日探测器进入火星停泊轨道，开展了为期约3个月的环绕探测，为顺利着陆火星奠定了基础。
天问一号探测器成功着陆火星，是我国首次实现地外行星着陆，使我国成为第二个成功着陆火星的国家。中国国家航天局与欧空局、阿根廷、法国、奥地利等国际航天组织和国家航天机构开展了有关项目合作，将共同为探索宇宙奥秘、增进对火星演化的认知、了解生命起源等贡献智慧和力量。

4. 火星为啥这么“火”｜专家详解多国探测计划

  作者 | 池涵 
   即日起，阿联酋“希望号”火星探测器、中国“天问一号”火星探测器和美国“毅力号”火星探测器将陆续奔赴火星。
   多国火星探测器为什么会不约而同地选在这个时间窗口密集发射？各国的火星探测又各有什么特色？
    阿拉伯世界的“希望” 
   火星的公转周期几乎是地球的两倍，它们之间的距离一直在变化。中国航天系统科学与工程研究院研究员陈杰告诉《中国科学报》，每隔大约780天也就是26个月，会出现地球与火星最接近的一刻。
   而此前的两三个月，就是发射火星探测器的窗口期。这个时候从地球发射探测器去火星，形象地说就是‘走最近的路’去火星。
   “希望号”也称为“酋长号”，是阿联酋也是阿拉伯—伊斯兰国家的第一个行星探测器，重1.5吨，携带高分辨率彩色数码相机、红外光谱仪和紫外光谱仪三台仪器。
   “希望号”此行预计将花费7~9个月到达火星，届时将环绕火星飞行，开始为期2~4年的科学数据采集。
   陈杰认为，“希望号”任务比较专一，瞄准火星大气研究。现有数据只能提供火星一小段时间的温度和气候信息。而如果“希望号”取得成功的话，其探测数据将会首次为科学家提供火星每年、每季、每天的全球气候变化图景。
   “这将进一步加深人类对火星气象的了解，为寻找当今火星天气与远古火星大气之间的联系、研究氧和氢从火星大气中散逸出去的机制、揭示火星大气的演变、了解火星是否曾经存在生命以及生命是如何消失的等问题提供重要支撑。”陈杰说。
   美国普林斯顿大学天体物理系和普林斯顿等离子体物理实验室研究员董川飞告诉《中国科学报》，“希望号”号称第一个真正意义上的火星气象卫星。
   了解火星上每日天气和季节变化 (比如火星上常见的沙尘暴)对将来人类登陆乃至移居火星有重大意义。
   阿联酋2014年7月宣布“希望号”研制计划，2020年7月发射，“希望号”2021年5月到达火星的时候正逢阿联酋建国50周年。阿联酋还表示将以“希望号”为起点，在2117年前在火星建立人类定居点。
    一场“逐火”盛宴 
   “希望号”虽然承载着阿拉伯世界的雄心，但其背后还有许多其他国家科学家们的辛勤耕耘。
   据董川飞介绍，阿联酋的科学与工程团队对“希望号”的研制得到了美国多所高校和研究机构的极大支持。
   其中，相机与紫外光谱仪主要由美国科罗拉多大学大气与空间物理实验室负责研发制造，红外光谱仪主要由美国亚利桑那州立大学负责研发制造。整个“希望号”主要由科罗拉多大学大气与空间物理实验室负责组装制造。
   陈杰介绍，为了实现火星探测和载人航天梦想，阿联酋采用商业操作、国际合作的模式，邀请了200多位美国科学家和工程师参与。俄罗斯和欧洲还帮助培训阿联酋航天员，2019年9月，阿联酋航天员曼苏里搭乘联盟飞船进入国际空间站。
   此次“希望号”的发射，阿联酋还与日本合作，利用日本的H-2A火箭。
   1998年，日本曾发射了一颗同样名为“希望号”的火星探测器，但由于一系列技术故障，该探测器没有进入环绕火星轨道。
   “日本目前有一个金星轨道飞行器‘晓’正在研究金星大气， 所以应该已经不存在发射火星探测器的技术问题。”董川飞说，“日本目前的研究重点放在火星的两个卫星的样本返回上，这比火星的轨道飞行器难度大很多。”
   另据了解，日本的“火星卫星探查计划”将于 2024 年发射, 计划从“火卫一”取样并于 2029 年返回地球。
   而美国也希望借“火星2020”项目重返火星，送“毅力号”火星车登陆火星。
   从美国火星探测的规划来看，“毅力号”是在前期的轨道器、着陆器和巡视器找到火星上有水的证据、探测火星内部等之后，开始 探索 火星的可移居性，寻找生命迹象。
   陈杰表示，“毅力号”任务有两方面的创新：一是“站点缓存”。“毅力号”可以收集火星岩石和土壤的岩芯样品，放在火星表面的“缓存站点”。这将是首次从火星岩石和土壤中提取岩芯样品，未来航天员可能会把这些样品带回地球进行研究。二是“毅力号”携带了旋翼无人机登陆火星。
   这是人类首次在另一个星球尝试旋翼飞行。“毅力号”落地后，名为“机智号”的无人机会被放置在火星表面，在接收中继指令后自主起飞，作为“侦察员”，发挥辅助作用。
   对于中国而言，2011年，搭载在俄罗斯“福布斯—土壤”火星探测器内部发射升空的“萤火一号”环火探测器，是中国火星探测计划中的第一颗火星探测器。但由于“福布斯—土壤”变轨失败，“萤火一号”没有进入火星轨道。
   “如果说‘萤火一号’只是一次尝试，那么‘天问一号’则是我国深空探测的跨越，是航天强国建设的重要标志。”陈杰介绍，“天问一号”将搭载我国新一代大型运载火箭长征五号发射，从研制到发射都是全自主的。
    去火星探究生命的起源 
   火星路远行艰，究竟是什么吸引着各国的科学家，使多国耗费如此大的人力物力发射探测器？
   蓝箭航天火箭研发中心总经理戴政认为，寻找火星是否存在或者曾经存在生命的证据、解答生命起源和生命是否在宇宙中的问题，具有普遍性。同时，研究火星大气和地质等科学问题，对研究天体地质和演化有很多的借鉴意义，对地球的环境变迁变化也有借鉴意义。
   陈杰则认为，火星探测是航天强国的重要标志，我国首次自主的火星探测任务成功实施可进一步缩短与美国、俄罗斯等在深空探测技术方面的差距，积累更多深空探测领域的经验，推动我国在行星探测、空间科学、空间技术等方面的发展，使我国跻身全球深空探测领先者的行列。
   陈杰介绍说，从探测器构成看，我国的“天问一号”火星探测器设计成环绕器和着巡组合体两部分，由于着巡组合体由着陆器和巡视器（火星车）两部分构成，实际上包括了三部分；美国火星探测器就是着陆器和巡视器两部分构成；阿联酋的“希望号”则只是环绕探测器。
   从探测目标上看，我国的“天问一号”要实现“绕、落、巡”三个目标，即环绕火星探测、着陆火星并进行巡视探测；美国的探测器主要是“落、巡”两个目标；阿联酋则是“绕”一个目标，即实现火星环绕探测。 
   “将‘绕、落、巡’三种任务结合在一起，在世界上属于首创。工程难度确实很大，但经过艰苦努力解决了大量工程难题后，我们有信心、有把握完成这次探测任务。”陈杰说。
   据了解，到下一个火星探测窗口即2022年，欧盟与俄罗斯合作的“地外火星”任务将发射，去搜寻过去或现在（可能的）火星生命的生物特征。美国会发射火星样本返回计划，日本将发射火星卫星样本返回计划。
   更有意思的是，各国都已经开始长远计划并布局最终将人类送上火星的任务。美国太空 探索 技术公司（SpaceX）首席执行官马斯克表示，将从2022年开始向火星运送货物，为建立火星前哨站铺路。 
   “这些任务都值得期待。人类探测火星的步伐一直在持续，还将继续持续下去。”陈杰说。
    《中国科学报》 （2020-07-17 第1版 要闻 原标题为《“逐火”盛宴启幕》） 

5. 2011年中俄曾联合实施探测火星计划，由中国负责研制的“萤火一号”火星探测器与俄罗斯研制的“福布斯-土

A、火星探测器前往火星，脱离地球引力束缚，还在太阳系内，发射速度应大于第二宇宙速度、可以小于第三宇宙速度，故A错误、B正确．C、由GMmR2=mv2R得，v=GMR已知火星的质量约为地球的19，火星的半径约为地球半径的12．火星的第一宇宙速度是地球第一宇宙速度的23倍，火星探测器环绕火星运行的最大速度即为火星的第一宇宙速度，故CD错误．故选：B．

6. 中国的火星观测计划是如何开展的？

中国火星探测计划是中国第一个火星探测计划，
中国未来将进行深空探测，探测太阳系、火星、小行星等，探寻地外生命信息。
针对火星本体的科学研究，将包括对火星磁层、电离层和大气层的探测与环境科学，
包括火星的地形、地貌特征与分区，火星表面物质组成与分布，地质特征与构造区划；
对于火星内部结构、成分，火星的起源与演化也将进行进一步的研究和探索。
整个计划共分四个阶段：
阶段1：会对第一次任务进行充足准备，包括定立探测目标、技术研发和寻求国际合作。
阶段2：探测火星环境，所得的数据用作火星软着陆之用。
阶段3：2020年发射火星着陆器并携带一辆火星车，在火星上软着陆。
阶段4：成立火星表面观察站、发展飞行器穿梭地球与火星、并且建立火星基地供机械探测器进入。此阶段的最终目标是为将来人类登陆火星提供基础，令人类可在火星观察站中观察火星。

7. 中国进行的火星探测都计划了什么？

中国火星探测计划是中国第一个火星探测计划，中国国家航天局会与俄罗斯联邦航天局合作共同探索火星。中国行星探测任务被命名为“天问系列”，首次火星探测任务被命名为“天问一号”，后续行星任务依次编号。
中国未来将进行深空探测，探测太阳系、火星、小行星等，探寻地外生命信息。针对火星本体的科学研究，将包括对火星磁层、电离层和大气层的探测与环境科学，包括火星的地形、地貌特征与分区，火星表面物质组成与分布，地质特征与构造区划；对于火星内部结构、成分，火星的起源与演化也将进行进一步的研究和探索。
整个计划共分四个阶段：阶段1：会对第一次任务进行充足准备，包括定立探测目标、技术研发和寻求国际合作。阶段2：探测火星环境，所得的数据用作火星软着陆之用。阶段3：2020年发射火星着陆器并携带一辆火星车，在火星上软着陆。阶段4：成立火星表面观察站、发展飞行器穿梭地球与火星、并且建立火星基地供机械探测器进入。此阶段的最终目标是为将来人类登陆火星提供基础，令人类可在火星观察站中观察火星。
但该计划的主要问题还有很多。首先要解决运载火箭的难题，要让探测器脱离地球引力必须达到第二宇宙速度11.2公里/秒，这样才能确保探测器不奔向其他天体”，焦维新指出，而中国运载“嫦娥”的火箭的速度只有10.9公里/秒。在茫茫太空，信号十分微弱，需要建立深空探测网，但中国还没有建立起像美国那样覆盖全球的深空探测网。所以，现在计划的火星任务还是困难重重。   

8. 中国首次火星探测任务介绍

2016年火星探测任务批准，2020年首次独立自主开展火星探测。中国航天科技集团瞄准今年7月将火星探测器发射升空。 我国火星探测器和用于发射的长征五号运载火箭分别由中国航天科技集团有限公司五院和一院抓总研制。