作為地球的鄰居，美麗的火星在人類的想象中歷來是一個(gè)神秘而又危險(xiǎn)的地方。古往今來的科幻作品中，從來不乏“火星人”的矯健身影，他們可以是蟲形、水母形、海星形，躲在陰森黑暗的角落里，謀劃著一場接一場的侵略地球大戰(zhàn)。

電影《火星人玩轉(zhuǎn)地球》中的火星人

在現(xiàn)實(shí)生活中，人類也一直沒有放棄探索火星的征程。截至2014年底，美國、俄羅斯、歐洲、日本及印度向火星發(fā)射了42次火星探測器，任務(wù)成功或部分成功22次。如此高的失敗率，讓火星被稱為“探測器的墳場”或“死亡星球”。那么，到底是什么原因讓這些探測器“有去無回”呢？

探索火星第一關(guān)離開地球

發(fā)射階段的任務(wù)是將火星探測器從地面送入地-火轉(zhuǎn)移軌道，它是整個(gè)火星探測的第一步，約有30%的探火故障發(fā)生于發(fā)射階段。在50多年來的火星探測活動(dòng)中，很多次失敗都是由于運(yùn)載火箭的故障而引起的。

這些運(yùn)載火箭故障大多都發(fā)生在人類探火初期。其中一個(gè)重要原因是當(dāng)時(shí)運(yùn)載火箭的能力、入軌精度、可靠性都不能充分地滿足需求。

在美蘇兩個(gè)超級大國冷戰(zhàn)時(shí)期的空間競賽中，探火計(jì)劃倉促上馬，特別是蘇聯(lián)從1960年10月10日至1971年5月的前10次探火任務(wù)全部失敗，其中7次都出現(xiàn)在發(fā)射階段。

進(jìn)入20世紀(jì)70年代后，運(yùn)載火箭技術(shù)進(jìn)步較快，日趨成熟。但即便如此，仍出現(xiàn)因運(yùn)載火箭上面級故障而造成發(fā)射失敗的重大事故。1996年11月，俄羅斯選用了質(zhì)子號火箭發(fā)射火星-8探測器，但它在進(jìn)入繞地球軌道后，因其第4級發(fā)動(dòng)機(jī)二次點(diǎn)火失敗而墜入南太平洋。

質(zhì)子號系列運(yùn)載火箭成功率87%

探索火星第二關(guān)迷失軌道

要登上火星，探測器必須先切入火星軌道。進(jìn)入火星軌道的難度相當(dāng)于從巴黎打一個(gè)高爾夫球，正好落到了東京的某個(gè)球洞里。

2003年12月，日本希望號火星探測器因?yàn)榧夹g(shù)故障在太空中飛行5年，到了最后關(guān)頭又出現(xiàn)故障，十分可惜地與火星擦肩而過，變成繞太陽飛行的人造行星。

希望號：本來只想去火星一不小心變成逛太陽系了

那么，如何進(jìn)入火星軌道呢？首先，要選擇適當(dāng)?shù)那腥敫叨?。如果探測器離火星過遠(yuǎn)，無法被火星引力捕獲，它會掠過火星；如果切入點(diǎn)離火星太近，則可能墜毀于火星大氣層。

然后是制動(dòng)速度的大小和長短，太大或太小，太長或太短都會影響探測器準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定的火星軌道。

探索火星第三關(guān)著陸的劫數(shù)

在火星著陸最為危險(xiǎn)，這一過程雖然只有六分鐘，但被稱為“恐怖的六分鐘”。

火星的大氣與地球相比，稀薄而寒冷?；鹦堑拇髿饷芏缺鹊厍蛐〖s2個(gè)數(shù)量級，只相當(dāng)于地球30km高度的大氣密度。

海盜號探測器拍攝的火星

進(jìn)入火星大氣層后，探測器防熱措施如何，降落傘、氣囊和緩沖火箭能否按程序工作都至關(guān)重要，必須非常精確。另外，火星上的一塊石頭或者一陣狂風(fēng)都有可能破壞原有的計(jì)劃。

因此，這一階段也是非常關(guān)鍵的階段。由于能造成故障或失敗的因素很多，故障比例和發(fā)射階段相近，達(dá)到了26.8%。

好奇號火星車通過“空中吊車”在火星表面著陸

探索火星第四關(guān)死亡星球

別以為度過了“恐怖六分鐘”就萬事大吉了，火星表面環(huán)境十分復(fù)雜，氣候條件惡劣，一不小心就會前功盡棄。

火星表面溫度極低，對探測器溫度調(diào)節(jié)裝置有很高的要求；火星大氣密度約只有地球的1%，輻射相當(dāng)嚴(yán)重；火星表面很不平整，充滿凹坑和巖石，探測器很有可能陷入松軟的火山灰覆蓋的陷阱中；火星上的沙塵暴也十分可怕，有時(shí)達(dá)到6倍于地球上12級臺風(fēng)的強(qiáng)度，持續(xù)時(shí)間可達(dá)一年……只有克服這一個(gè)個(gè)難題，才能最終在這顆星球上存活下來。

火星表面布滿石塊和小坑

1971年，蘇聯(lián)發(fā)射的火星-3著陸獲得成功，這是世界上首次火星軟著陸，但僅在火星表面?zhèn)鬏斄?0秒的數(shù)據(jù)，著陸器就毀壞在火星沙塵暴中。

火星-3探測器

雖然經(jīng)歷層層磨難后，只有一部分探測器能夠探索火星，但幾十年來人類通過不懈努力取得了重要進(jìn)展。

實(shí)際上，每次探測任務(wù)，無論成功與否，都帶來了技術(shù)創(chuàng)新：火星探路者、勇氣號、機(jī)遇號采用的氣囊著陸減震技術(shù)；鳳凰號采用的基于支架緩沖的著陸系統(tǒng)；好奇號火星車采用的空中吊車著陸技術(shù)等。

鳳凰號采用支架緩沖的著陸系統(tǒng)

每項(xiàng)創(chuàng)新不僅對本身任務(wù)的成功起到了至關(guān)重要的作用，也推動(dòng)了深空探測技術(shù)的進(jìn)步，為今后載人火星探測和其他星際探測任務(wù)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

進(jìn)入21世紀(jì)以來，美國連續(xù)6次重大火星探測任務(wù)的成功和歐空局火星快車軌道器的成功，標(biāo)志著火星探測技術(shù)上已日趨成熟。人類已初步掌握了火星的在軌探測和機(jī)器人表面定點(diǎn)探測與巡視探測，獲得了豐碩的科學(xué)成果?；蛟S不需要多久，人類就可以像電影《火星救援》里的馬特達(dá)蒙一樣，去火星上種土豆了呢。

 

電影《火星救援》里的火星土豆基地（落難火星的“恐怖故事”）

 

參考文獻(xiàn)/《火星探測征程》《國際太空》2015年第08期《國外行星探測進(jìn)入器發(fā)展綜述》



關(guān)于火星的“恐怖故事”

圖文簡介

作為地球的鄰居，美麗的火星在人類的想象中歷來是一個(gè)神秘而又危險(xiǎn)的地方。