9778818威尼斯官网欧洲火星探测器成功进入环火星

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欧洲探测器登陆火星时“失联” 飞行了七个多月

欧洲火星探测器成功进入环火星轨道 着陆器目前情况不明

久远的谜题:那里到底有没有生命
专家解读欧俄火星探测器

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“ExoMars 2016”火星探测器和“夏帕瑞丽”着陆器效果图。(图片来自欧空局官网)

【环球网军事-航空9月21日报道 环球时报特约记者 张亦驰 柳玉鹏 环球时报记者 刘 扬】火星“死亡星球”的魔咒再度应验。欧洲航天局19日晚宣布,原定于当天自动降落火星表面的试验登陆器“夏帕雷利”号与控制中心失联,具体状态仍待确认。“夏帕雷利”是欧洲航天局与俄罗斯合作的“火星生物学”探测计划的一部分,它的失联再次显示了火星的神秘莫测。迄今为止,人类探索火星的40多颗探测器中有一半失败,欧洲在火星探测方面也是命运多舛。

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9778818威尼斯官网,北京时间3月14日,“ExoMars 2016”火星探测器发射升空。这意味着欧俄联合实施火星太空生物学计划开始实施。

ExoMars的“微量气体轨道器”将分析火星大气。图片来源:D. Ducros/ESA

北京时间19日晚22时左右,“ExoMars 2016”火星探测任务迎来关键节点——着陆器“夏帕瑞丽”(Schiaparelli)在火星按计划实行软着陆,并将展开为期4天的短期火星表面探测。

“夏帕雷利”陷入“火星魔咒”

欧空局控制中心重新接收到TGO信号后,工作人员相拥庆祝。

中国科学院国家天文台研究员郑永春告诉科技日报记者,该计划始于欧空局1999年红皮书中提出的火星生物学设想,分为两步,主要目的是寻找火星上现在和过去曾经存在生命的痕迹。整个任务预算约16亿美元,将持续到2022年12月。郑永春介绍说,“ExoMars 2016”是该计划的首发探测器,主要有三大科学目标:寻找火星过去存在或现在存有生命的痕迹;分析火星次表层土壤中的水和化学环境;研究火星大气中的痕量气体成分及其来源。该探测器由痕量气体轨道器和减速着陆器组成。轨道器主要用于探测火星大气中的微量气体;着陆器用于火星表面着陆试验,为后续任务的火星着陆进行技术验证,并为其他火星任务积累经验。

无论欧洲还是俄罗斯都没有成功在火星表面进行过探测活动。如今,利用3月14日在哈萨克斯坦拜科努尔航天发射场进行的一项联合发射任务,欧洲空间局和俄罗斯联邦航天局(Roscosmos)希望它们能够实现自己的“第一次”。

据欧洲空间局官方网站报道,“ExoMars 2016”任务由两部分组成,分别由痕量气体轨道器和“夏帕瑞丽”减速着陆器完成。其中,TGO可检测火星大气中的甲烷和其他痕量气体,以及火星土壤中固态水的分布,为火星存在或曾经存在过有机生命提供有力证据;着陆器则主要测量火星表面大气颗粒、风速、气温等数据,同时验证火星表面安全软着陆的主要关键技术,为接下来的第二阶段任务“ExoMars 2020”积累经验。

欧空局介绍说,按照欧洲和俄罗斯合作的“火星生物学”项目的计划,此前发射的“微量气体轨道器”已成功进入环火星轨道。这是继2003年升空的“火星快车”轨道探测器后,欧空局成功发射的第二个火星轨道探测器。

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按计划,“ExoMars 2016”将于今年10月抵达火星。10月16日,着陆器与轨道器分离;10月19日,轨道器进入火星环绕轨道,着陆器被火星捕获,随后着陆在火星表面。郑永春说,轨道器将在距火星表面400公里高度的轨道,通过搭载的科学仪器对火星大气中的甲烷、水蒸气、二氧化氮、乙炔等多种气体进行探测,进而确定这些气体的分布区域及其来源。“这些气体是证明火星存在或曾经存在生物的标志。”他说,“相关区域也将是未来火星计划的优先着陆点。”

据俄罗斯航天集团公司发布的消息,载有火星“微量气体轨道器”的“质子-M”运载火箭于莫斯科时间12时31分(北京时间17时31分)发射升空,约10分钟后该轨道器同运载火箭第三级脱离。预计在经过4.96亿公里的漫长飞行后,“微量气体轨道器”将于今年10月19日飞抵火星附近。

按照既定计划,任务指挥中心于北京时间16日上午10时42分下达了最后指令——释放着陆器、进入大气层、下降并实施火星着陆。19日,随着着陆器在距离火星表面121公里处,以接近21000公里/小时的速度下降;在任务最严峻的时刻——当速度降低至1700公里/小时,着陆器将在地面上方11公里处部署一个降落伞,40秒后,它会减速至250公里/小时;在大约离地2米的高度,着陆器速度降至4公里/小时,短暂悬停后关闭推进器;最后自由下降直至完全触地,整个过程不超过6分钟。

重约577公斤的“夏帕雷利”登陆器已按计划于16日成功与携带它的“微量气体轨道器”分离。根据计划,“夏帕雷利”应在接下来的3天缓缓接近火星,并在降落伞等减速装置的帮助下于19日自主降落至火星表面。按照程序,“夏帕雷利”进入火星大气层后关闭推进器,进行3分半钟的自由落体,由于初速度很大,其受大气层的影响,速度将降低为1700公里/小时。在距离火星表面1.1万米时,“夏帕雷利”的降落伞打开,速度进一步降至250公里/小时,当速度减为240公里/小时后,降落伞将被丢弃。“夏帕雷利”下降至距离火星表面1100米处时,“夏帕雷利”会启动反作用推进器,在2分钟内将速度降至4公里/小时。在距离火星表面只有2米时,反推发动机关机,着陆舱由底部抗冲击结构保护,自由落体着陆火星表面。整个登陆过程大约耗时6分钟。

欧空局重新获得痕量气体轨道探测器信号时,控制大厅一片欢呼。

已有探测结果表明,火星大气含有微量的甲烷,且不同地区和不同时间的甲烷含量不同。由于甲烷在地质历史中难以长期存在,所以探测到甲烷预示着火星可能至今仍在产生甲烷。郑永春说,生物消化过程中会产生甲烷,但其他的物理化学过程也会释放甲烷气体,比如铁的氧化。因此,火星大气中的甲烷究竟是来自与生命有关的生物过程,还是与生命无关的无机化学反应,这还有待探索。

本次火星探测是两家航天机构历史上首次联手探索火星。该项目分两阶段实施,除发射上述轨道器以外,俄欧专家还将把携带火星车的登陆器送往火星,进行着陆考察。

着陆器将瞄准在子午线平原的一个115×25公里的椭圆形区域降落,因此处海拔相对较低,足够厚度的大气允许着陆器有更多时间部署降落伞,可将着陆风险降至最低。

欧空局称,在“夏帕雷利”进入火星上层大气之前,地面控制人员曾通过位于印度浦那的巨米波射电望远镜接收到它发出的信号,但在其着陆前,信号却丢失了。目前在火星轨道上运行的欧空局“火星快车”、NASA火星勘测轨道器、MAVEN轨道器以及位于印度浦那附近的巨米波射电望远镜均将尝试接收“夏帕雷利”号的信息,以确认其是否成功着陆。

腾讯太空讯在经历一系列波折后,北京时间10月20日凌晨,欧空局确认今年3月升空的“痕量气体轨道探测器”成功进入环火星工作轨道,成为第六个目前在火星轨道上工作的探测器,也是欧空局第二个在火星轨道工作的探测器。与TGO一同抵达火星的还有着陆器斯基亚帕雷利号,但在着陆前一段时间,欧空局与其失去了联系。

着陆器是验证火星表面安全着陆的技术平台,主要目标是验证欧洲后续火星探测任务必需的关键技术环节,如气动热力学分析、火星大气进入与减速系统设计、制导导航和控制系统设计与着陆系统设计等。它计划将一个重3千克的科学仪器包放在火星表面。

此次计划名为ExoMars 2016,它包括一架着陆器,将研究火星的沙尘暴,以及一架轨道飞行器,将分析这颗行星的大气层,包括寻找甲烷。预计轨道飞行器还将为2018年的火星探测任务提供中继通信服务。

“ExoMars 2016”火星探测器于3月14日搭乘俄“质子”号运载火箭,从哈萨克斯坦拜科努尔航天发射场升空,成为欧洲和俄罗斯继2003年首发“火星快车”号后的二度联手。ExoMars任务的第二阶段将向火星发射俄制着陆平台和欧空局研制的火星车,核心任务是利用火星车携带的钻探工具和仪器对火星土壤进行钻孔分析。科学家们相信,在数米厚的火星土壤层下可能会发现有机生命体存在的痕迹。

俄罗斯《报纸报》20日报道称,对于与登陆器失去联系,俄罗斯科学院空间研究所地面科学综合部主任弗拉基米尔:纳扎罗夫表示:“从理论上讲,失去联系可能是登陆器在降落时产生的尘埃所致,但这样的事情发生的有点早。”俄航天集团发言人表示,未来几天有可能会与登陆器建立联系,登陆器的电池可以支持3-10天内的正常工作。发言人同时强调,只有登陆器在火星表面实现软着陆的情况下才有恢复工作的机会。

十三年前,2003年12月,欧空局首颗火星探测器“火星快车”携带着陆器“小猎犬2号”抵达火星,火星快车成功入轨并且目前仍在工作,但着陆器小猎犬2号在登陆后,太阳能电池板展开失败导致任务终结。

着陆器还将测量火星从高空至表面的大气参数,包括大气密度、温度、压力、风场等;测量火星强尘暴条件下的大气特征;扩展有效工程数据量,分析遥感测量数据与理论模型的差异。但郑永春表示,由于受到科学仪器质量、能源供应和下传数据量的限制,这些科学目标不一定能够完全实现。

在这一合作项目中,欧空局设计了轨道飞行器和着陆器,而俄罗斯则负责用火箭将它们发射升空,同时还携带了一些俄罗斯的设备。轨道飞行器大气化学组件项目负责人、莫斯科空间研究院Oleg Korablev表示:“这次发射是至关重要的,因为它具有很大的象征意义。它在心理上非常重要。”

据俄新社20日报道,俄航天领域专家指出,与登陆器失去联系可能是由于遥测发射器模块装置损坏,由于在信号发送过程中的自然延迟,遥测处理可能需要很长时间。另一位参加这一项目设计的俄专家称,登陆器可能没有按照设想的软着陆到火星表面,因此造成登陆器损坏。目前欧洲方面专家对此保持沉默,这可能意味着登陆器在降落时受到严重损害。

痕量气体轨道探测器于昨晚21时05分开始,启动主引擎并点火工作了139分钟,调整该轨道器的速度与方向,以期被火星引力俘获。最终,TGO成功进入一个环绕火星运转的椭圆轨道,位于德国达姆斯塔特的欧空局控制中心 将监测TGO的运转情况。

“由于着陆器上既没有放射性同位素电池,也没有太阳能电池板,因此它在火星表面只能依靠携带的主电池供电,其电力非常有限。”郑永春说,着陆器在火星表面的工作寿命只有4个火星日(火星日比地球日长39分35秒)。

欧空局项目科学家、荷兰诺德维克欧洲空间研究与技术中心Jorge Vago强调:“当我们一同做事时,希望这能够巩固双方的合作。”Vago还将参与ExoMars 2018计划,这依然是一项联合项目,并将使整个团队变得更加紧密。

俄新网20日报道称,俄罗斯齐奥尔科夫斯基航天研究院院士亚历山大:热列兹尼亚科夫表示,火星登陆器未成功降落并不意味着这一行动失败。只是登陆器出了点问题,而轨道探测器是成功的。因此,不能说此次火星登陆使命失败,只能说是部分没有成功。

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他表示,“ExoMars 2016”任务的实施,有望实现四大技术目标,包括验证将科学仪器安全着陆在火星表面的大气进入、减速和着陆技术;实现火星车对火星表面的巡视探测;实现火星次表层样品采集;实现火星样品采集、封装、转移和分析。在火星太空生物学计划中,下一步还将实施“ExoMars 2018”任务。该任务以火星车为主。

欧空局于2005年批准了ExoMars计划,而随后旋转木马般的合作过程最终导致欧洲与俄罗斯联手,以及ExoMars计划不寻常的两阶段模式。

该试验登陆器以19世纪意大利天文学家夏帕雷利的名字命名,主要任务是“测试进入火星大气、下降和着陆”技术,以便为欧俄2020年发射火星登陆器做准备。其携带的多种仪器可协助地面专家分析火星大气的密度、压力、温度等情况。

欧空局火星快车号高分辨率立体相机拍摄的子午线平原,椭圆圈内为斯基亚帕雷利号着陆区域,紧邻NASA机遇号目前所在的奋进撞击坑。

郑永春说,欧空局将于2018年7月发射探测器,释放一辆火星车在火星表面着陆。火星车将携带一套钻探工具和多套科学仪器,钻探至2米深的土壤层,研究火星土壤的化学成分,以及可能存在的生命信号。“2米的深度能屏蔽火星上的严寒、干燥环境和很强的太空辐射,有利于火星生命的保存。”他说。

这颗探测器的主要任务是为火星拍照,分析其大气成分,协助地面分析火星土壤表层的水冰含量,验证某些火星着陆技术的可行性,为俄欧下一阶段火星着陆考察收集数据。在探测火星大气时,专家们将着重寻找火星大气中可能表明微生物存在的甲烷和其他气体。

“火星生物学”项目是欧洲发射“火星快车”轨道探测器后开展的第二个火星探测项目,主要目标是寻找火星上是否存在生命的证据。该项目预计耗资14亿至16亿美元,分两阶段实施,目前处在第一阶段。原定于2018年启动的第二阶段任务已被推迟至2020年。届时,一个配备先进电子设备、火箭推进器、制导雷达和降落伞的火星登陆器将被送上火星,并释放一台重约300公斤的火星车,对火星展开地面考察并寻找生命迹象。

而TGO所携带的着陆器“斯基亚帕雷利号”(Schiaparelli)于北京时间16日23时42分与母船TGO分离,该着陆器重577公斤,按计划于北京时间19日晚22时48分将登陆火星,但截至目前,欧空局仍然无法确定斯基亚帕雷利号是否成功登陆火星表面,控制中心正努力与斯基亚帕雷利号建立联系。但在着陆之前,斯基亚帕雷利号抛防热大底、打开降落伞的操作程序可以确认。

郑永春表示,此次发射的轨道器届时将与火星车协同探测,有望书写搜寻火星生命的新篇章。

按计划在2018年年初发射的俄欧火星登陆器将配备先进的电子设备、火箭推进器、制导雷达和降落伞。该登陆器将验证俄欧航天界在火星实施软着陆的技术能力,并将测量火星表面的大气颗粒、风速和气温。

今年3月14日,由欧空局和多家俄罗斯航天机构联合研制的“微量气体轨道器”携带试验登陆器“夏帕雷利”搭乘 “质子-M”运载火箭发射升空,在抵达火星前总共在太空中飞行了约4.96亿公里。

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9778818威尼斯官网欧洲火星探测器成功进入环火星轨道,专家解读欧俄火星探测器。(科技日报北京3月14日电)

在相关指标正常的情况下,这台登陆器内的火星车将踏上火星表面。这辆火星车的桅杆式“脖子”上装有矿物分析仪,车体前部有下挖采样分析装置,其机械手上的中子探测器将在行进中考察火星表面下两米内与水冰含量相关的反射中子,帮助专家据此绘制考察沿途的水冰分布图。预计整个探测考察活动将持续到2019年。

未来,轨道器将利用约一火星年为火星拍照并探测其大气成分,比如甲烷。因为这是地球上生物分解时会产生的气体,如果能在火星上发现甲烷,就表明火星地表可能存在生命。

斯基亚帕雷利号着陆火星过程示意图。

2003年6月2日,欧空局发射其历史上第一个火星探测器“火星快车”号。该探测器携带了一个轨道飞行器以及一辆“猎兔犬2号”火星车。最终轨道飞行器取得了成功,而火星车在着陆后便不知所终,再也联系不上了。

火星历来是一个“危险的星球”。据专家介绍,截至2016年10月,全球共进行了43次火星探测,但其中大约一半都以失败告终,因此火星被称为“探测器的坟场”“死亡星球”。世界上仅有美国、俄罗斯、欧洲和印度成功探测过火星,日本的火星探测器升空后没有进入火星轨道。2011年11月,搭载中国“萤火1号”火星探测器的俄罗斯“火卫1号-土壤”取样返回探测器成功发射,但由于发动机故障,俄探测器未能进入地火转移轨道,这导致中国探测器也没有进入火星轨道。不久前,中国官方宣布中国自己的火星探测时间表,首次火星探测任务计划于2020年在海南文昌发射场进行。据专家介绍,算上刚进入火星轨道的“微量气体轨道器”,目前正在工作的火星探测器有6个火星轨道器和2辆火星漫游车。

因为目前火星距离地球有1.7亿公里之遥,因此整个着陆过程由斯基亚帕雷利号自主控制,需在6分钟内按预定程序利用底部隔热罩、降落伞、反推系统以及自身的缓冲结构实现软着陆,其中降落伞将在距离火星表面11公里处被展开,隔热罩则在距离表面6公里处被抛弃。在着陆最后阶段,距离表面1.1千米时,斯基亚帕雷利号底部三台反推发动机点火,将速度降至小于7千米/时。当着陆器距离火星表面只有2米时,反推发动机关机,着陆器自由落体着陆火星表面。斯基亚帕雷利号底部拥有抗撞击的结构,可以缓冲最后的冲击。

无独有偶,俄罗斯的火星探测之路同样也是崎岖不平的。该国火星96轨道探测器于1996年未能飞离近地轨道。2012年,该国的火星卫星火卫一项目同样遭遇失败,最终坠毁于太平洋。而这也是俄罗斯愿意与欧洲联合实施ExoMars火星任务的缘由。参与了上述所有发射活动的Korablev表示,他就像在坐过山车。“我们努力加入ExoMars计划。”他说,“我几乎不敢说任何话。”

欧洲的火星探测之旅充满坎坷。2003年6月2日,欧洲航天局第一个火星探测器——“火星快车”升空。该探测器由欧空局的“火星快车”轨道器和英国的“猎兔犬2号”着陆器组成。“猎兔犬2号”在即将进入火星轨道时,按计划脱离“火星快车”轨道器,但在着陆火星过程中失去联系。“火星快车”轨道器于2003年12月25日顺利进入火星轨道,并获得了大量有科研价值的火星信息,设计寿命2年的它目前仍在超期服役,勘测火星地形、研究火星表面大气及矿物成分,并以雷达探测火星的水资源存量。它还在美国“凤凰”火星着陆器和“火星科学实验室”着陆火星期间为其提供信息中继服务。

斯基亚帕雷利号着陆区域为一片100千米×15千米的椭圆区域,这里是子午线高原南部的一片台地,距离赤道很近。从之前得到的火星地形图上看,该区域表面平坦光滑,非常适合斯基亚帕雷利号登陆。另外,科学家认为该地区拥有富含赤铁矿的低层。在地球上,这种地层被认为形成于潮湿的环境中。

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斯基亚帕雷利号于北京时间19日23时42分进入火星大气层,欧空局利用位于印度浦那附近的巨米波射电望远镜与着陆器保持联系,这里也是世界上最大的干涉阵列。该射电望远镜从斯基亚帕雷利号进入火星大气前75分钟开始接受信号,但在着陆前一段时间与斯基亚帕雷利号失去了联系。

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斯基亚帕雷利号与人体的大小比较。

欧空局在斯基亚帕雷利号登陆后,曾尝试让轨道上的火星快车中继发回斯基亚帕雷利号的登陆信息,但其发回的信息依旧无法确认基亚帕雷利号的情况。目前在火星轨道上运载的NASA火星勘测轨道器、马文号将尝试接受来自斯基亚帕雷利号的信息。如果斯基亚帕雷利号目前已安全着陆,它携带的电池能够使其工作三至十天,它将有多次机会与地球重新建立通信链路。

斯基亚帕雷利号主要验证火星着陆的关键性技术,为欧空局2020年发射的首辆漫游车登陆火星做准备,携带的科学仪器可以测定着陆点的风速、湿度、气压和温度等数据。

着陆器斯基亚帕雷利号与轨道器TGO属于俄罗斯与欧洲合作的火星探测项目ExoMars,TGO重3.7吨,是目前欧空局仍在火星轨道工作的“火星快车”号继任者,斯基亚帕雷利号重577公斤,以19世纪意大利天文学家乔凡尼:斯基亚帕雷利命名。

它们于今年3月14日在哈萨克斯坦拜科努尔发射场发射升空,组合体耗时7个月的飞行抵达火星。TGO将探测并揭晓火星甲烷气体来源之谜,确定现在火星表面有无生命活动。一旦TGO证实这些甲烷气体源自现在火星表面的生物活动,将会是人类进入太空时代以来最重大的发现。

欧洲航天局探测器着陆火星探索生命迹象

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