人类如何在2021年实现火星登陆?

时间:2016-12-17 20:55:37
频道:天文考古
作者:王雷 编译

人类如何在2021年实现火星登陆?, 编者按:火星(Mars)是太阳系八大行星之一,直径约为地球的一半,天文学中把地球与火星称为兄弟行星。欧洲自2003以来一直试图登陆火星,但没有任何一个组织有完整的登陆计

 编者按:火星(Mars)是太阳系八大行星之一,直径约为地球的一半,天文学中把地球与火星称为兄弟行星。欧洲自2003以来一直试图登陆火星,但没有任何一个组织有完整的登陆计划。几个月前,欧洲宇航局(Europe Space Agency)火星太空生物学(ExoMars)任务的两个探测器——TGO(微量气体轨道探测器)和Schiaparelli(斯基亚帕雷利探测器)实现成功分离,尽管Schiaparelli在着陆过程中坠落并爆炸,但是TGO探测器已成功进入火星轨道。

 
目前,欧洲和俄罗斯计划在2021年将ExoMars漫游者探测器送入火星,欧洲研究中心已经同意给予该计划4亿美元的援助。尽管此项任务存在巨大挑战,但是人类在不断学习进步,从未放弃火星计划。ExoMars漫游者不仅担任探测火星表面地质和大气环境的任务,而且将会在恶劣的火星表面环境中搜寻可能存在的生命迹象。
 
Schiaparelli探测器未能安全降落火星的原因在于:火星表面气压低(小于地球表面气压的1%),这意味着探测器到达火星表面后将快速地下降;此外,探测器着陆必须自主完成,从地球到火星的光传播时间是3~22min,这种延迟传输意味着我们不能够从地球快速引导着陆过程。美国航空航天局(NASA)发射的维京(Viking)、探路者(Pathfinder)、凤凰(Phoenix)等探测器能够成功登陆火星,是因为NASA已经解决了探测器的着陆问题。
 
登陆火星的经验
 
2003年的圣诞节,欧洲成功发射“小猎犬二号”(Beagle-2),其搭载的火星快车号(Mars Express)探测器将使我们对火星的了解发生了革命性的变化,包括火星表面的立体图像、矿物地图,地球大气层外的等离子研究以及首次检测甲烷等。最近,NASA火星勘测轨道飞行器(MRO)发现“小猎犬二号”成功登陆火星表面,四个太阳能电池板有一个未能部署,通信天线在这个电池板下面,阻止了火星快车号与地球的信号传输。经过调整,火星快车号的立体摄像机系统和弹出式镜头已经向地球传回了第一个全景图。
 
今年10月份,Schiaparelli试图着陆火星,根据“小猎犬二号”的经验,详细的数据在下降过程中传输。Schiaparelli使用防热罩、降落伞以及推进器进行减速,不幸的是,ESA尽管收到了降落伞展开的信号,但没有收到Schiaparelli确认着陆的信号。ESA分析数据后表明,着陆过程中减速推进器提前关闭,尽管降落伞已经展开,但其着陆时速度仍远远超出安全范围,失速坠落极有可能造成了Schiaparelli的爆炸。
 
同时,微量气体轨道探测器(TGO)成功地进入了火星轨道,它发回了第一张令人惊叹的图片以及与火星近距离接触的相关数据。TGO将于2018年3月完成一个400公里的圆轨道,围绕火星运行,这其中涉及到一个无燃料的制动过程(航空制动),依靠摩擦火星表面的气体分子使TGO速度减慢。TGO的任务是更多地了解火星的微量气体,包括甲烷。甲烷不应该存在于火星的大气中,因为它在几十到几百年的阳光照射下会被降解,所以火星上肯定存在甲烷的来源,这可能是地热活动或微生物的生命形式。
 
搜寻火星上的生命
 
漫游者探测器被誉为ExoMars火星任务“皇冠上的宝石”,计划于2020年发射,2021年到达火星。ExoMars漫游者有一个设计独特的探头,可以在恶劣的火星表面以下两米范围内收集样品,这是其他探测器探测深度的40倍,好奇号(Curiosity)探测器只能达到5厘米。因此,此次火星任务最有可能回答之前一直困扰人类的问题:火星上到底有没有生命?人类是否可以在火星上居住?
 
科学家已将可能的着陆点缩小到火星上的三个区域:Oxia Planum、Mawrth Valles和Aram Dorsum,数据显示,这三个区域可能存在含水的粘土(硅酸盐)、河床沉积物以及水侵蚀过的迹象。此次任务最令人兴奋的地方当然是寻找地球之外的生命,与木星的卫星欧罗巴(Europa)和土星的卫星土卫六(Enceladus)一样,火星也是可能有生命存在的星球。此外,工业和学术界的技术革新,使得本次任务的硬件开发进展良好;国际团队的密切合作,对于本次任务取得成功至关重要。
 
太空探索是艰难的,特别是火星探索,我们决不会放弃。我们应该从过去的探索中寻求经验,为未来发展设定计划。ExoMars漫游者的任务将在最新的火星探索中发挥关键作用,也许能够回答人类最重要的问题之一:人类在宇宙中真的是独自存在的吗?

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