1、火星探測(cè)技術(shù)難點(diǎn)淺談一火星概況及探測(cè)歷程火星是太陽系八大行星之一，按離太陽由近及遠(yuǎn)的次序排列為第四顆。這顆紅色星球自古以來就深深地吸引著地球人，古羅馬人曾把它作為農(nóng)耕之神來供奉，而好侵略擴(kuò)張的希臘人把其作為戰(zhàn)爭(zhēng)的象征，稱之為戰(zhàn)神Mars。我國古代則稱其為“熒惑”，有“熒熒火光，離離亂惑”之意。因其亮度常有變化，而且在天空中運(yùn)動(dòng)，有時(shí)從西向東，有時(shí)又從東向西，情況復(fù)雜，令人迷惑。經(jīng)過多年的觀察研究，我們了解到這位“鄰居”是太陽系由內(nèi)往外數(shù)的第四顆行星，屬于類地行星，直徑為地球的一半，自轉(zhuǎn)軸傾角、自轉(zhuǎn)周期相近，公轉(zhuǎn)一周則花兩倍時(shí)間。橘紅色外表是因?yàn)榈乇淼某噼F礦（氧化鐵）?；鹦腔旧鲜巧衬行?，地表

2、沙丘、礫石遍布，沒有穩(wěn)定的液態(tài)水體。二氧化碳為主的大氣既稀薄又寒冷，沙塵懸浮其中，每年常有塵暴發(fā)生?；鹦莾蓸O皆有水冰與干冰組成的極冠，會(huì)隨著季節(jié)消長。圖1火星外表火星與地球有許多相似之處。例如地球上的一天是23小時(shí)56分，火星是24小時(shí)37分，有幾乎相同的晝夜；地球的軌道面和赤道面的夾角是23度27分，火星是25度11分，它們有幾乎相同的季節(jié)變化。這些相似性都表明，火星是人類向太空移民的最好候選者。因此，各國都加緊開展探索火星計(jì)劃，迫不及待要造訪這位近鄰。1960年10月10日，蘇聯(lián)向火星發(fā)射了第一枚探測(cè)器。此后各國共計(jì)發(fā)射40多顆火星探測(cè)器，但是由于火星探測(cè)的諸多難點(diǎn)，約三分之二的探測(cè)器，特

3、別是早期發(fā)射的探測(cè)器，都沒有能夠成功完成它們的使命，由此，火星被航天界稱為“航天器的墓地”。二火星探測(cè)的難點(diǎn)雖然火星是離地球最近的一顆外行星.在太陽系中其自然環(huán)境最接近地球，并被認(rèn)為是最適合人類移民的星球，但實(shí)際上對(duì)“適宜居住”來說，火星的環(huán)境非常惡劣。與地球衛(wèi)星相比.火星探測(cè)衛(wèi)星所面臨的宇宙空間環(huán)境要惡劣的多。地球衛(wèi)星外部最低溫度在-200C左右。而火星探測(cè)衛(wèi)星將會(huì)面臨-1000C左右的低溫，據(jù)有關(guān)資料顯示火星地面平均溫度大約比地球低30Co晝夜溫差可達(dá)上百攝氏度?；鹦谴髿庀”?因此晝夜溫差極大。瞬時(shí)溫度會(huì)驟變。大氣空間溫差變化大，亂流極度強(qiáng)勁。火星大氣中沙塵暴盛行，且沒有規(guī)律可循，有時(shí)一年

4、風(fēng)平浪靜，有時(shí)一年持續(xù)幾個(gè)月，塵暴高度可達(dá)8公里，遮天蔽日?；鹦潜砻娴挠钪孑椛鋸?qiáng)度也比地球高上百倍，不僅有太陽宇宙射線輻射.還有銀河宇宙射線輻射。行星際空間沒有地磁場(chǎng)和行星本體屏蔽.而由銀河宇宙射線和太陽質(zhì)子事件產(chǎn)生的輻射環(huán)境及效應(yīng)比地球軌道衛(wèi)星嚴(yán)酷得多，這些對(duì)許多儀器設(shè)備都是嚴(yán)峻的考驗(yàn)，因此登陸火星非常艱難?；鹦翘綔y(cè)不同于地球衛(wèi)星如月球的探測(cè)。運(yùn)載能力與軌道設(shè)計(jì)、測(cè)控?cái)?shù)據(jù)傳輸、探測(cè)器設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性等技術(shù)，都是火星探測(cè)過程中可能會(huì)遇到的難點(diǎn)。1 .運(yùn)載工具及軌道設(shè)計(jì)首先，火星探測(cè)器發(fā)射時(shí)需要準(zhǔn)備長距離、長壽命的運(yùn)載工具，運(yùn)載器需具備適應(yīng)長距離、復(fù)雜空間環(huán)境下正常工作的能力；其次，探測(cè)器運(yùn)行軌道

5、設(shè)計(jì)復(fù)雜，以中俄聯(lián)合火星探測(cè)為例，運(yùn)載火箭將探測(cè)器運(yùn)送至駐留圓軌道，之后探測(cè)器在駐留軌道運(yùn)行2圈多后，即大約從發(fā)射時(shí)刻起174分鐘后，推進(jìn)上面級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火工作一次，探測(cè)器轉(zhuǎn)移至遠(yuǎn)地點(diǎn)6000公里、軌道周期2.6小時(shí)的過渡軌道上。在過渡軌道上飛行一圈，大約在從發(fā)射時(shí)刻起5.5小時(shí)后，第二次啟動(dòng)推進(jìn)上面級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)。探測(cè)器進(jìn)入飛離地球的雙曲軌道，該軌道在脫離地球影響區(qū)（100萬公里、3.3晝夜飛行）變化為地球一火星星際軌道。探測(cè)器在轉(zhuǎn)移飛行過程中完成3次軌道修正。第一次軌道修正在飛行510晝夜后。第二次軌道修正在軌道中段完成.第三次軌道修正在飛抵火星42周前進(jìn)行。在軌道修正后探測(cè)器沿雙曲軌道飛抵火星，

6、可見探測(cè)器奔火時(shí)軌道設(shè)計(jì)及修正過程復(fù)雜。2 .探測(cè)器整體的設(shè)備和能源設(shè)計(jì)火星地理和自然環(huán)境惡劣，充斥著宇宙高能射線。眾所周知，火星是一個(gè)布滿著沙丘和石塊的星球，探測(cè)器有很大的幾率陷入到了沙丘中（勇氣號(hào)就是輪子間接陷入到了沙丘中導(dǎo)致其無法再走動(dòng)）無法動(dòng)彈?；鹦巧洗髿庀”。詿o法保留火星地表接收到的太陽輻射的溫度，造成火星表面巨大的晝夜溫差，因此暴露在火星自然環(huán)境下工作的電子元件需要有極高的耐溫特性。同時(shí)稀薄的大氣和較弱的磁場(chǎng)無法抵擋來自宇宙和太陽本身的高能射線，所以對(duì)火星探測(cè)器電子設(shè)備的抗輻射和高能輻射的屏蔽提出了很高的要求，甚至部分核心設(shè)備設(shè)計(jì)成可以在高輻射的環(huán)境下都能正常工作的苛刻要求。3

7、 .測(cè)控通信人造地球衛(wèi)星離地球的距離一般從幾百公里到幾萬公里左右。月球離地球約為38.4萬公里，而火星離地球最近約5600萬公里。最遠(yuǎn)處約4億公里，衛(wèi)星的測(cè)控?cái)?shù)據(jù)傳輸要克服信號(hào)衰減和傳輸時(shí)延等困難.實(shí)現(xiàn)深空環(huán)境下的有效通信，數(shù)據(jù)傳輸單程約22分鐘，來回約44分鐘。為了克服巨大的信號(hào)衰減，不僅依靠提高星載設(shè)備的性能，更迫切需要地面站設(shè)備的配合，要求地面深空站能夠在X波段工作，配備大口徑天線，并且具有發(fā)射上行大功率信號(hào)和接收下行微弱信號(hào)的能力。4 .自主控制由于火星與地球之間距離甚遠(yuǎn)。火星探測(cè)器接收地面遙控指令時(shí)間較長，環(huán)繞火星運(yùn)行時(shí)，地面測(cè)控站進(jìn)行遙控的主動(dòng)控制能力遠(yuǎn)低于地球衛(wèi)星，因此對(duì)火星探測(cè)器星上自主能力的要求大大提高。以降低衛(wèi)星對(duì)地面系統(tǒng)的依賴性。美國在1997年發(fā)射的“卡西尼號(hào)”土星探測(cè)器，去土星飛行了6年多，全自主控制。無