萤火一号.docx

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萤火一号

萤火一号

——中国第一颗火星探测器 

工程总投资：

1亿元以上

工程期限：

2006年——2012年

火星全景图，在火星的赤道附近有一道明显的“刀疤”，这条巨大的断裂带叫做水手大峡谷，是在1972年由水手九号探测器发现的。

它长4000公里，宽约300公里，最深处达7000米。

无论从哪方面相比都使地球上的大峡谷相形见绌，是当之无愧的峡谷之王。

　　火星上到底有没有水？

火星上到底有没有生命？

火星适合人类居住吗？

UFO到底从哪里来？

这是如今人们最热切盼望解开的火星之谜。

   2007年5月，中国首个火星探测器“萤火一号”在上海市闵行区博物馆第一次揭开它的神秘“面纱”。

火星探测是我国首次开展的地外行星空间环境探测活动，神舟系列宇宙飞船只是飞上几百公里的近地太空轨道，“嫦娥1号”探月飞船则要飞38.4万公里到月球，而火星探测器遥远的火星之旅却得走完整整3.5亿公里的漫长路程，这是我国深度空间技术和航天器研制水平的飞跃。

  火星是位于地球轨道外侧最近的一颗行星，它和地球的最近距离5670万公里，最远距离则有4亿公里，现在认为它有稀薄的大气，也有四季交替的气候变化，但它依然是人类至今未能了解的神秘领域。

  2007年6月27日，中俄两国总理签署双边合作协议，两国将于2009年联合开展火星探测项目。

俄罗斯航天机构计划于2009年10月实施一项名为‘福布斯-格朗特（Phobos-Grunt）’的火星及火卫1采样返回探测计划，进行对火星的环绕探测和火卫一的着陆探测，采集0.1-0.2kg火卫一土壤样品返回地球。

俄方邀请中方参与该计划，提议与‘福布斯-格朗特’着陆探测器共同发射一颗中国研制的火星探测器，开展中国与俄罗斯联合火星探测计划。

按照任务分工，中国火星探测器由上海航天局负责总研制。

  2009年10月，“萤火一号”将与俄方的火星土壤采样返回探测器Phobos-Grunt（简称“福布斯探测器”）在哈萨克斯坦境内的拜科努尔航天发射中心，一起由俄联盟运载火箭以“一箭双星”同时发射。

之所以选择2009年发射，是因为届时火星距离地球最近。

如果一旦错过，就要等到2011年。

萤火一号

  “萤火一号”火星探测器，由上海航天局牵头从2006年10月开始预研，2007年6年正式研制。

并由中科院空间中心、总装测通所、中科院上海天文台等单位参与并在沪总装。

由于火星发出特殊的红光而令人注目。

西方把它称为‘战神’，中国古代则称之为‘荧惑’。

‘荧惑’谐音‘萤火’，又是中国第一颗火星探测器，故取名‘萤火一号’。

   探测器重量为110公斤，主体部分长75厘米，宽75厘米，高60厘米。

它的两侧是开的6块太阳能帆板，太阳帆板展开将达到7.85米。

设计寿命2年，它将携带等离子探测包、掩星探测接收机、光学成像仪和磁通门磁强计等八件有效载荷。

和180公斤重的美国前辈“勇气号”、“机遇号”，以及计划在同年发射的600公斤重的新型火箭车相比，“萤火一号”算得上是火星探测器家族中的“轻骑兵”，体积虽小功能却很强。

  “萤火一号”目前已完成四颗星（两颗“结构星”、一颗“电性星”、一颗“鉴定星”）的初样研制工作，一颗结构力学星和一颗电性星已于2008年9月29日运抵莫斯科，等待中俄联合试验。

从正式研制到2009年6月出厂，只有24个月，时间紧迫。

在研制过程中，还要攻克四大关键技术。

　　这四大关键技术包括：

超远距离的测控通信；自主控制；超低温度的适应技术和8.8小时的长火影；还有热控技术，轻型化技术等难点，简称“三控一化”。

人造地球卫星与地球的距离一般从几百公里到几万公里左右，月球距离地球约为38.4万公里，而到火星处距离约3.5亿公里，卫星的测控数传要克服信号衰减和传输时延等困难，实现深空环境下的有效通信。

　　相比探测月球来说，探测火星的难度更大。

最大的难点还是如何解决自主导航的问题。

由于火星与地球之间距离甚远，从地球到火星轨道的一个遥控指令传输时间约在20分钟左右。

环绕火星运行时，地面测控站进行遥控的主动控制能力远低于地球卫星，因此，对火星探测器星上自主能力的要求大大提高，以降低卫星对地面系统的依赖性，不能够像地球卫星那样实时遥控。

   此外，最神奇的还有“万里传音”的掩星探测技术，届时，“萤火一号”将与俄方的“福布斯探测器”合作开展双星对火星电离层的掩星探测，这意味着两颗探测器虽然分处在远离地球的火星两端，相隔千里万里，有可能有星体相阻隔，但是依然能通过掩星探测接收机等实现彼此之间数据的共享，从而可以实现对处在正午和子夜时的火星电离层的探测，这将填补目前国际上火星电离层掩星探测的空白。

搭乘俄罗斯运载火箭的顺风车

   2009年10月火箭发射升空后，“萤火一号”将在距地面200公里的远轨道飞行4小时，然后启动主发动机，飞到距地面1万公里的过渡椭圆轨道无动力飞行26个小时。

紧接着，“萤火一号”将迎来彻底告别地球的那一时刻。

之后，伴随着主发动机的再次启动，它就将进入从地球到火星的双曲线轨道，和“福布斯”同甘共苦地开始预计长达10到11个半月的太空旅程。

在联合飞行的过程中，两颗卫星通过电缆连接在一起，“萤火一号”的能量由“福布斯”供给。

   到2010年8月29日前后，两颗卫星正式分道扬镳，“福布斯”将转途去探测火卫一。

俄方探测器将降落在“火卫一”上，并借助大量分析仪器对卫星表面进行考察研究。

其中，由香港理工大学研制的“火卫一”行星表土准备系统将装载在俄方的探测器上，用于“火卫一”表面物质现场热力分析。

如果一切按计划进行，装有火星土壤的密封舱将在2012年6月15日至7月20日间运回地球。

  “萤火一号”则进入绕火星的椭圆形轨道，在“近火点”（距离火星最近的点）800公里、“远火点”（距离火星最远的点）80000公里、轨道倾角正负5度的火星大椭圆轨道上，展开太阳帆板，正式开始履行它的火星探测使命。

“萤火一号”拜访火星时，将共携带八件“武器”，包括两台摄像机、两台磁强计、离子探测包和光学成像仪等等，将重点探测火星的空间磁场、电离层和粒子分布及其变化规律；探测火星大气离子的逃逸率；探测火星地形、地貌和沙尘暴；探测火星赤道区重力场。

   因为火星空间的磁非常微弱，而“萤火一号”就是要研究相关的磁现象，为了避免研究受到探测器自身的干扰，所以“萤火一号”的材料都将做到是一律无磁。

另外，不同于地球上适宜人类的气温，火星的温差将比月球还要大，所以“萤火一号”上的热控技术将受到前所未有的考验，为此探测器上的热控装置将按照最严酷的环境来设计应对考验。

俄罗斯火星土壤采样返回探测器Phobos-Grunt

零下200℃的考验

   萤火一号”将遭遇7次“长火影”（长期火星阴影），时间长达8.8个小时，此时，火星将运行至探测器和太阳之间，“萤火一号”从太阳接受能量。

为了保存能量，卫星不得不进入休眠状态，然后在“长火影”结束后再加电唤醒。

而经过8个多小时的休眠，舱外温度达到零下200℃以下，过低的温度会影响机器唤醒，如果机器被“冻死”，则不能在加电后活过来，也就不能继续探测了。

目前研制团队正在对此进行技术攻关。

   不同于我国的“嫦娥”探月工程，“萤火一号”并不会登陆火星的表面，而是在火星轨道上收集各种科学数据，然后通过远距离传输技术，不断把数据传回给我国的地面科研人员。

最后，“鞠躬尽瘁”的“萤火一号”将不会再返回它的故乡，而是将永远地留在浩瀚的太空。

火星环境改造后的效果图

人类为何独钟情火星

　　50亿年前，在银河系一个旋臂上，有一块星际气体云坍缩了。

这次宇宙中毫不起眼的坍缩事件最终创造了宇宙亘古未有的奇迹——智慧生命。

这块星际气体云核心的温度很快上升到1000万K，接着燃烧成一颗黄色的恒星——这就是我们的太阳。

围绕太阳旋转的大量宇宙尘粒依靠引力逐渐聚集成团，然后形成了太阳系的九大行星，其中有两个相互靠得很近、禀性相同的兄弟——地球与火星。

　　在诞生之初，这兄弟俩都遭遇了相同的命运。

初生太阳系内有无数大大小小的岩石在四处游荡，肆意撞击着尚在襁褓中的行星。

巨大的碰撞对这两颗行星来说都是家常便饭，每月至少发生一次。

碰撞后抛射出去的烟雾与尘埃遮天蔽日，笼罩在行星上空，久久不能散去。

据估计，在太阳系行星形成后，陨石风暴前后延续了约7亿年。

直到今天，在砂砾遍地、荒凉沉寂的火星表面，还遍布着遭陨星袭击后形成的坑坑洼洼，但地球上的陨石坑已被长时间的风蚀和水蚀消磨掉了。

   人类一直以来就希望能探索地球外的生命，但为什么焦点集中在火星上呢？

其中一个原因可能是火星上的条件与我们的地球比较类似：

火星的转周期为24时37分，一个“火星天”只比地球的一天长39分35秒。

火星自转轴的倾角为23°59＇，与地球的自转角极其相近。

所以火星与地球一样，四季循环、五带分明。

由于火星离太阳比地球远，接受剑太阳的光和热不及地球一半，因此赤道温度为-80～20°C间，极区温度为-120～-70°C整个表面的平均温度比地球低约30°C。

但在茫茫宇宙中，仍不失为与地球温度最接近的一颗行星。

凡此种种，使火星赢得了地球“亲姐妹”的美名。

   然而，随着对火星研究的日趋深入，人们终于发现，称火星为地球的“亲姐妹”实在是自作多情。

实际上，火星与地球差异悬殊.首先，它毕竟小了点：

直径只及地球的一半，质量是地球的l／10，引力是地球的l／3。

火星虽有大气，但大气压很低只有7毫巴，而地球上却是1000毫巴。

的大气成分也不对，95%是二氧化碳。

大气中水分又极少，总含量仅区区4亿吨，还不能装满太湖的1／10。

整个火星表面找不到任何一滴液态水，这与地球表面有3/4的海洋相比，形成鲜明的对照。

所以，火星可称得上是烟尘滚滚（尘暴）、“滴水不漏”、满目荒凉的不毛之地。

   这些条件听起来好像并不太适合居住，但这是比较而言的。

看看其他行星的条件吧：

金星上的气压足以在几秒钟内将任何来访者压碎，如果气压还不能置你于死地，那么金星上的高温也可以烤干你；木星、海王星、天王星和土星又都是液态行星，根本无法支撑人类生活；而冥王星上只有岩石；水星又太热。

21世纪，当人类第一次登临火星时，迎接这首批地球使者的将是一个死寂的世界。

   不过也有科学家研究认为，早年的火星也是大气充盈的，其气压几乎与地球相等。

1975年两艘“海盗号”飞船的空间探测还发现：

火星上存在许多长短不一的干涸河床，最大的竟达1500千米长、200千米宽。

而在火星南半球，则遍布峡谷，在它们两壁留着清晰的水流冲刷的痕迹。

因此可以认为，火星也曾经是一个水乡世界。

火星上的大气和水为什么会无影无踪呢？

关于火星大气的消失，科学家们归咎于彗星及小行星，当它们降临火星时，引起强烈爆炸。

炽热的气体急剧膨胀，终于使大部分大气逃离了这个重力只及地球l／3的行星。

而水源的消失，则起因于频频爆发的火山，也可能是由于气候的变化，过早结束了温室效应，停止了极冠和其他地区冰的融化。

但是有证据表明，在极冠、高纬度的冰冻层和岩石的风化层中，仍保存了大量的水冰和结合水。

　　火星的赤道半径为3395千米，比水星和冥王星都大，它的大行星地位从未受到怀疑。

现在对此持有异议的发难者是英国的科学家休斯。

他认为火星原来是一颗小行星，当然是小行星中最大的一颗。

休斯认为，在太阳系形成之初，在地球与木星之间存在着一个总质量为地球4倍的细微尘埃状物质。

团内尘粒逐渐粘合，就会形成越来越大的天体。

最大的半径可达8600千米，最多曾有8个。

而今日的火星正是这“八大金刚”中唯一的幸存者，其他的就是现存的数以万千计的小行星。

休斯的“指控”是否言之有据？

科学家从不戏言。

现在已查证，铁质小行星占小行星总数的3.7%，而理论计算表明，铁质内核能占总数3.7%的天体，其直径应达8600千米。

火星现在的直径正与此相近，足见它与小行星有着可让人说三道四的“血缘”关系。

人类火星探测大事记

   火星让人类产生过无数幻想。

仅仅在100多年前，人们还普遍相信火星上存在高级智慧生命，有关“火星上的运河”、“火星人大战”、“火星上的狮身人面像”等等的猜测与幻想很多年来一直不绝如缕。

但人们对火星的了解越多，人们的失望也就越大。

自从上世纪60年代以来，苏联、美国、日本、俄罗斯和欧洲共发起30多次火星探测计划，其中三分之二以失败告终，不仅没有找到智慧生命的踪迹，而且连最简单的微生物也没有找到。

火星探测器带给我们的讯息是：

火星是一个布满了大小石块的沙漠星球，其表面是一片荒凉、寒冷和死寂的世界，没有一丝生命的气息！

1962年11月，苏联发射的“火星1号”（mars1）探测器在飞离地球1亿公里时与地面失去联系，从此下落不明，它被看作是火星探测的开端。

1965年7月，美国“水手4号”（mariner4）飞近火星，从距火星1万公里处拍摄21幅照片，发现火星上存在大量环形山，大气密度只有地球的1%。

1965年，苏联发射的“探测器2号”与地球失去联系，其探测情况没有公布。

1969年，美国“水手5号”和“水手6号”再次掠过火星。

它们拍摄的200多幅照片表明，火星表面温度比预想的更低，大气中二氧化碳含量高达95%，水蒸气几乎难以寻觅。

美国“水手7号”也发回126张照片。

1971年，苏联发射的“火星2号”投下的探测仪器摔毁在火星表面，“火星3号”由于赶上火星沙暴，着陆舱仅工作了22秒钟便与地球失去联系。

1972年，美国“水手9号”探测器沿火星外层空间轨道飞行，发回7329张照片。

1974年，苏联“火星5号”环绕火星轨道飞行数天，“火星6号”和“火星7号”探测器在火星着陆。

1975年，美国发射“海盗1号”、“海盗2号”探测器。

1976年7月和8月，它们的着陆器分别在火星成功着陆。

1989年，苏联“福波斯1号”和“福波斯2号”探测器在前往火星途中失踪。

1992年9月，美国“火星观察者”号探测器发射升空，在1993年8月进入火星大气层前与地面失去联系。

1996年，俄罗斯“火星—96”航天器发射失败。

1996年11月，美国“火星环球观测者”探测器发射升空，并于1997年进入环火星轨道。

1996年12月，携带“旅居者”号火星车的美国“火星探路者”号探测器发射升空，1997年7月4日在火星阿瑞斯平原着陆。

1998年7月，日本发射“希望”号火星探测器，预定于1999年10月抵达火星，但上天后厄运不断，2003年12月日本航天机构宣布这次火星探测使命终告失败。

1998年12月，美国“火星气候探测者”发射升空，但1999年9月在进入火星大气层时被烧毁。

1999年1月，美国发射“火星极地着陆者”探测器，它在预定着陆时间过后下落不明。

2001年4月，美国发射“奥德赛”火星探测器。

2002年，“奥德赛”探测器发现火星表面和近地表层中可能有丰富的冰冻水，但这一问题仍存在争议。

2003年6月2日，欧洲宇航局“火星快车”探测器发射升空，它携带的“猎兔犬2”号登陆器预定于2003年12月25日凌晨登陆火星，但地面控制中心与其失去联系。

2003年6月10日，美国发射勇气号火星探测器，2004年1月3日顺利到达，并传回清晰图像。

“勇气”号长1.6米、宽2.3米、高1.5米，重174千克。

2003年6月25日，美国发射机遇号火星探测器，2004年1月24日到达。

2005年4月26日，机遇号在企图横越一个波浪形沙丘时，陷入沙堆动弹不得，工程人员花了数周时间，以“机遇号”的模型车来找出实物的脱窘办法，至6月4日，喷气推进实验室收到的数据显示，“机遇”号已经越过了沙丘，前进了10多厘米。

2007年9月11日，机遇号火星车成功进入维多利亚坑。

在勇气号和机遇号探测计划的实施过程中，美国航宇局总共耗资约8.2亿美元，但还是出了故障。

由此可见，探测火星非常不容易。

萤火一号火星探测器

尺寸：

750×750×600mm

重量：

110kg

功率：

90W（平均）180W（峰值）

数据传输速率：

80bit/s

2x3块太阳能电池板，全长7.85米

组织     中国航天局

任务类型 轨道

环绕星体 火星

发射日期 2009年10月

运载火箭 联盟号运载火箭

任务寿命 1年

质量     110kg

轨道倾角 5°

轨道周期 3天

远拱点   800km

近拱点   80000km