人類探索火星歷史回顧 成功登陸次數(shù)寥寥無(wú)幾

縱觀歷史，人類對(duì)火星的好奇從未停止。從上世紀(jì) 60 年代以來，多個(gè)國(guó)家前后已經(jīng)進(jìn)行了共幾十次的火星探索任務(wù)，但成功登陸的寥寥無(wú)幾。

到目前為止，只有美國(guó)和前蘇聯(lián)成功將探測(cè)器送上了火星。其中，美國(guó)有八次登陸成功紀(jì)錄，前蘇聯(lián)也曾在 1971 年短暫成功登陸。不過，這兩國(guó)的成功經(jīng)驗(yàn)也是由一次次的失敗鋪墊而來的。在他們發(fā)射的探測(cè)器中，絕大多數(shù)以失敗告終。對(duì)于美國(guó)和前蘇聯(lián)來說，火星簡(jiǎn)直就是 “噩夢(mèng)”一般的存在。

探測(cè)器首次飛越火星

人類對(duì)火星的向往，從太空探索初期就開始了。當(dāng)時(shí)，前蘇聯(lián)剛剛于 1957 年向太空發(fā)射了首顆人造衛(wèi)星，僅僅三年后，就把目光轉(zhuǎn)向火星。在 20 世紀(jì) 60 年代，前蘇聯(lián)曾多次嘗試向火星發(fā)送探測(cè)器，美國(guó)宇航局 (NASA)也很快就推出了水手 3 號(hào) (Mariner 3)。不過，在最初的幾次任務(wù)中，探測(cè)器都沒能成功接近火星。

1960 年 10 月 10 日，前蘇聯(lián)向火星發(fā)射了第一枚探測(cè)器 Marsnik 1。緊接著，就在首次發(fā)射 4 天以后，第二枚名為 Marsnik 2 的探測(cè)器也發(fā)射升空。然而這兩枚火星探測(cè)的先行者卻連地球軌道都沒能到達(dá)，就在發(fā)射過程中發(fā)生爆炸。

1962 年 10 月 24 日，前蘇聯(lián)發(fā)射了第三枚火星探測(cè)器衛(wèi)星 22 號(hào)，目標(biāo)是飛越火星。然而由于發(fā)射探測(cè)器的火箭存在嚴(yán)重的問題，導(dǎo)致其在到達(dá)地球軌道后不久爆炸。

1962 年 11 月 1 日，前蘇聯(lián)又發(fā)射了火星 1 號(hào)，計(jì)劃飛越火星。幸運(yùn)地是，這枚探測(cè)器成功進(jìn)入了前往火星的軌道，并且計(jì)劃于 1963 年 6 月 19 日到達(dá)火星。然而在飛行 5 個(gè)月、距離地球 1.06 億千米遠(yuǎn)時(shí)，探測(cè)器上的無(wú)線電發(fā)生故障，與地球永遠(yuǎn)失去了聯(lián)系。

1962 年 11 月 4 日，前蘇聯(lián)的火星探測(cè)器衛(wèi)星 24 號(hào)升空，同樣計(jì)劃飛越火星。然而，歷史總是驚人地相似。這枚探測(cè)器雖然成功進(jìn)入了地球軌道，但當(dāng)它改變方向前往火星軌道時(shí)，火箭未能成功點(diǎn)火，兩個(gè)月后墮入地球大氣層燒毀。

1964 年，美國(guó)也先后向火星發(fā)射了兩枚探測(cè)器，分別是水手 3 號(hào)(Mariner 3)和水手 4 號(hào)(Mariner 4)。其中，水手 3 號(hào)于 11 月 5 日發(fā)射升空，計(jì)劃飛越火星。這是美國(guó)發(fā)射的第一枚火星探測(cè)器，然而發(fā)射僅僅一小時(shí)后，太陽(yáng)能電池板就出現(xiàn)問題，探測(cè)器的保護(hù)外殼未能按預(yù)定計(jì)劃與探測(cè)器分離，導(dǎo)致探測(cè)器偏離軌道，最終發(fā)射失敗。

但是，水手 4 號(hào)的表現(xiàn)卻很出色。這枚探測(cè)器于 1964 年 11 月 28 日發(fā)射升空，并于 1965 年 7 月 14 日首次飛越火星。于是，它成為了有史以來第一枚成功到達(dá)火星附近并發(fā)回?cái)?shù)據(jù)的探測(cè)器。水手 4 號(hào)向地球發(fā)回了 21 張照片，此后又在太陽(yáng)軌道上環(huán)繞了三年對(duì)太陽(yáng)風(fēng)進(jìn)行探測(cè)。

水手 4 號(hào)發(fā)射兩天后，也就是 1964 年 11 月 30 日，前蘇聯(lián)再次向火星發(fā)射了探測(cè)器 Zond 2，但是這枚探測(cè)器同樣以失敗告終。它雖然到了火星附近，但不能向地球發(fā)回任何數(shù)據(jù)。

1969 年，NASA 向火星發(fā)射了水手 6 號(hào)(Mariners 6)和水手 7 號(hào)(Mariners 7)。這兩枚探測(cè)器都到達(dá)了火星，攜帶有更先進(jìn)的儀器和通訊設(shè)備，并發(fā)回了幾十張照片。好巧不巧，這兩個(gè)探測(cè)器都恰好飛過火星的隕石坑區(qū)域，這讓天文學(xué)家們誤以為火星跟月球長(zhǎng)得差不多。

前蘇聯(lián)也于 1969 年向火星發(fā)射了兩枚探測(cè)器，然而這甚至比此前的情況更加糟糕，第一枚探測(cè)器火星 1969A 在發(fā)射 7 分鐘后因發(fā)動(dòng)機(jī)故障發(fā)生爆炸，而火星 1969B 發(fā)射后不到 1 分鐘就墜向了地面。

1971 年，美國(guó)向火星又發(fā)射了兩枚探測(cè)器，嘗試進(jìn)入火星軌道，環(huán)繞火星飛行，以獲取火星的高清照片。5 月 8 日，NASA 的水手 8 號(hào) (Mariner 8)在發(fā)射過程中以失敗告終，墜入大西洋。緊接著，5 月 30 日，水手 9 號(hào)(Mariner 9)發(fā)射升空，成為了有史以來第一枚成功進(jìn)入環(huán)繞火星軌道的探測(cè)器，取得了空前的成功。它在火星軌道上工作了將近一年之久，發(fā)回了 7329 張照片，包含了火星表面超過 80% 的部分。

首次登陸火星表面

前蘇聯(lián)在 1971 年向火星發(fā)射了三枚探測(cè)器。5 月 10 日，前蘇聯(lián)發(fā)射宇宙 419 號(hào) (Kosmos 419)，并進(jìn)入了地球軌道。按照計(jì)劃，這枚探測(cè)器應(yīng)該在地球軌道上停留 1.5 小時(shí)，然后點(diǎn)火向火星進(jìn)發(fā)，但是由于人為失誤，結(jié)果它的計(jì)時(shí)器要等上 1.5 年才向火箭發(fā)出這個(gè)點(diǎn)火指令。

火星 2 號(hào)和火星 3 號(hào)是前蘇聯(lián)當(dāng)年發(fā)射的另外兩枚火星探測(cè)器，它們與宇宙 419 號(hào)的設(shè)計(jì)幾乎完全相同，分別于 5 月 19 日和 5 月 28 日發(fā)射升空，火星 2 號(hào)著陸器于 11 月 2 日到達(dá)火星，但不久便與地球失去了聯(lián)系?；鹦?3 號(hào)于 12 月 2 日抵達(dá)，成為了有史以來第一個(gè)成功在火星表面著陸的探測(cè)器。但不幸地是，它僅僅火星上工作了大約 20 秒，甚至沒能發(fā)回一張照片，就與地球失去了聯(lián)系。

隨后，前蘇聯(lián)又陸續(xù)發(fā)射了四枚探測(cè)器，取得了部分成功。

火星 4 號(hào)于 1973 年 7 月 21 日發(fā)射升空，火星 5 號(hào)于 7 月 25 日發(fā)射升空，它們分別于 1974 年 2 月 10 日和 2 月 12 日到達(dá)火星附近。其中，火星 4 號(hào)沒能成功進(jìn)入火星軌道，而火星 5 號(hào)則在進(jìn)入火星軌道拍到世界上第一張火星彩色照片后停止工作。

火星 6 號(hào)和火星 7 號(hào)都攜帶有軌道器和著陸器，它們分別于 1973 年 8 月 5 日和 8 月 9 日發(fā)射升空，然后分別于 1974 年 3 月 9 日和 3 月 12 日到達(dá)火星附近。其中，火星 6 號(hào)的著陸器成功進(jìn)入了火星大氣層并打開了降落傘，但著陸器被撞擊摧毀。而火星 7 號(hào)的著陸器 “成功”錯(cuò)過了這顆行星。

前蘇聯(lián)探測(cè)器成功登陸火星后，美國(guó)在 1975 年向火星發(fā)射了兩對(duì)軌道器和著陸器。海盜 1 號(hào)和海盜 2 號(hào)都于 1976 年抵達(dá)火星附近，并在軌道器仍在上方工作的情況下將著陸器送到了地表。這兩個(gè)探測(cè)器都持續(xù)工作了數(shù)年，并向地球傳回了大量信息，這也是人類首次對(duì)火星的深入探索。

20 世紀(jì) 80 年代，前蘇聯(lián)曾兩次嘗試探測(cè)火星的衛(wèi)星火衛(wèi)一(Phobos)，但兩次任務(wù)都以失敗告終。1991 年，前蘇聯(lián)解體，其太空計(jì)劃由俄羅斯和烏克蘭繼承。俄羅斯航天局拿下接力棒，于 1996 年 11 月 16 日發(fā)射了火星 96 號(hào)任務(wù)。然而，探測(cè)器進(jìn)入地球軌道后未能成功點(diǎn)火進(jìn)入前往火星的軌道，不久后墜入太平洋。

首個(gè)飛越火星的探測(cè)器 “水手 4 號(hào)”

在人類探索火星的進(jìn)程中，有兩個(gè)探測(cè)器堪稱是 “大功臣”，其中之一就是 NASA 的水手 4 號(hào)。它是第一個(gè)成功飛越火星并傳回火星表面照片的探測(cè)器。它設(shè)計(jì)的主要目的是對(duì)火星進(jìn)行近距離的科學(xué)觀測(cè)，并將觀測(cè)數(shù)據(jù)傳回地球，其他目標(biāo)是在火星附近進(jìn)行力場(chǎng)和粒子測(cè)量，為以后的星際飛行提供經(jīng)驗(yàn)。

水手 4 號(hào)飛船由八角形的鎂框架組成，橫跨對(duì)角線長(zhǎng) 127 厘米，高 45.7 厘米。四塊太陽(yáng)能電池板連接到框架的頂部，端到端跨度為 688 厘米，包括從兩端延伸的太陽(yáng)能壓力葉片。框架頂部還安裝了直徑 116.8 厘米的高增益拋物面天線。天線旁邊的 223.5 厘米高的桅桿上，則安裝有全向低增益天線。

探測(cè)器的總高度為 289 厘米。在底部中心，電視攝像機(jī)安裝在掃描平臺(tái)上。八角形的框架容納了電子設(shè)備、電纜、中段推進(jìn)系統(tǒng)以及姿態(tài)控制氣體供應(yīng)和調(diào)節(jié)器。大多數(shù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器都安置在框架外面。除了電視攝像機(jī)，其他科學(xué)儀器還包括磁力計(jì)、塵埃探測(cè)器、宇宙射線望遠(yuǎn)鏡、俘獲輻射探測(cè)器、太陽(yáng)等離子體探測(cè)器和電離室 / 蓋革計(jì)數(shù)器。

電力由四塊 176 x 90 厘米太陽(yáng)能電池板組成，包括 28224 塊太陽(yáng)能電池，可以在火星提供 310 瓦電力。一個(gè)可充電銀鋅電池用于后備電源。單推進(jìn)劑聯(lián)氨用于推進(jìn)，通過安裝在八角形結(jié)構(gòu)一側(cè)的 4 噴氣葉片式矢量控制 222-N 發(fā)動(dòng)機(jī)。姿態(tài)控制由安裝在太陽(yáng)能電池板末端的 12 個(gè)冷氮?dú)鈬娮旌?3 個(gè)陀螺儀提供。太陽(yáng)能壓力葉片，每個(gè)面積 0.65 平方米，連接在太陽(yáng)能電池板的尖端。位置信息由四個(gè)太陽(yáng)傳感器、一個(gè)地球傳感器、一個(gè)火星傳感器和一個(gè) Canopus 傳感器提供。

數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在容量為 524 萬(wàn)比特的磁帶上，以便稍后傳輸。所有操作均由命令子系統(tǒng)控制，可處理 29 個(gè)直接命令詞或 3 個(gè)中途動(dòng)作量化詞命令中的任何一個(gè)。中央計(jì)算機(jī)和定序器使用 38.4 kHz 同步頻率作為時(shí)間基準(zhǔn)來操作存儲(chǔ)的時(shí)序命令。溫度控制是通過使用安裝在六個(gè)電子組件上的可調(diào)百葉窗、多層絕緣毯、拋光鋁屏和表面處理來實(shí)現(xiàn)的。

經(jīng)過 7 個(gè)半月的飛行，包括 1964 年 12 月 5 日的一次中途機(jī)動(dòng)，水手 4 號(hào)于 1965 年 7 月 14 日和 15 日飛越火星。當(dāng)時(shí)距離火星表面最近 9846 公里，距離地球 2.16 億公里，以相對(duì)于火星約 7 公里 / 秒 (相對(duì)于地球 1.7 公里 / 秒)的速度移動(dòng)。飛越過程中拍攝的圖像被存儲(chǔ)在機(jī)載磁帶中。錄音圖像在信號(hào)重新采集和控制后約 8.5 小時(shí)開始向地球傳輸，一直持續(xù)到 8 月 3 日。所有圖像都傳輸了兩次，以確保沒有數(shù)據(jù)丟失或損壞。

水手 4 號(hào)成功執(zhí)行了所有預(yù)定活動(dòng)，并傳回了從發(fā)射到 1965 年 10 月 1 日期間所有有用的數(shù)據(jù)，當(dāng)時(shí)它距離地球 3.092 億公里，天線暫時(shí)停止了信號(hào)采集。1966 年 5 月 3 日重新建立了間歇性遙測(cè)聯(lián)系，顯示航天器和儀器正在運(yùn)行。全部數(shù)據(jù)采集工作于 1967 年底恢復(fù)。

9 月 15 日，宇宙塵埃探測(cè)器在 15 分鐘內(nèi)記錄到 17 次信號(hào)，顯然遇到了小型流星雨，于是它暫時(shí)改變了航天器的姿態(tài)，并可能輕微損壞了隔熱罩。12 月 7 日，姿態(tài)控制系統(tǒng)的氣體供應(yīng)耗盡，12 月 10 日和 11 日，共記錄到 83 次微流星體撞擊，導(dǎo)致姿態(tài)攝動(dòng)和信號(hào)強(qiáng)度下降。1967 年 12 月 21 日，水星 4 號(hào)與地球的通信終止。

水手 4 號(hào)任務(wù)傳回的總數(shù)據(jù)為 520 萬(wàn)比特。除了電離室 / 蓋革計(jì)數(shù)器在 1965 年 2 月失效和等離子體探針在 1964 年 12 月 6 日因電阻器故障而性能下降之外，所有的實(shí)驗(yàn)都運(yùn)行得很成功。返回的圖像顯示了一個(gè)類似月球的隕石坑地形。據(jù)估計(jì)，火星地表大氣壓為 4.1 至 7.0 毫巴，白天溫度為零下 100 攝氏度，沒有檢測(cè)到磁場(chǎng)，得出的結(jié)論是太陽(yáng)風(fēng)可能與火星大氣直接相互作用，大氣和表面完全暴露在太陽(yáng)和宇宙輻射之下。

水手 4 號(hào)任務(wù)的總費(fèi)用估計(jì)為 8320 萬(wàn)美元。水手系列探測(cè)器 (水手 1 號(hào)到水手 10 號(hào))的研究、發(fā)射和支持費(fèi)用總額約為 5.54 億美元。

首次登陸火星的 “火星 3 號(hào)”

與水手 4 號(hào)不同的是，前蘇聯(lián)火星 3 號(hào)是人類史上第一艘在火星上成功軟著陸的航天器。火星 3 號(hào)和火星 2 號(hào)任務(wù)由相同的探測(cè)器組成，每個(gè)探測(cè)器都由軌道器和著陸器組成?；鹦?3 號(hào)著陸器的主要科學(xué)目標(biāo)是在火星上進(jìn)行軟著陸，從火星表面?zhèn)骰貓D像，并返回有關(guān)氣象條件、大氣成分以及土壤機(jī)械和化學(xué)性質(zhì)的數(shù)據(jù)。

火星 3 號(hào)著陸器安裝在與推進(jìn)系統(tǒng)相對(duì)的軌道器上。它包括一個(gè)直徑 1.2 米的球形著陸艙，一個(gè)直徑 2.9 米的圓錐形空氣動(dòng)力制動(dòng)護(hù)罩，一個(gè)降落傘系統(tǒng)和反推火箭。整個(gè)著陸器加滿燃料后重為 1210 千克，其中球形著陸艙重 358 千克。

由微型氣體發(fā)動(dòng)機(jī)和加壓氮?dú)馊萜鹘M成的自動(dòng)控制系統(tǒng)提供姿態(tài)控制。四個(gè) “火藥”發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在圓錐體的外緣，以控制俯仰和偏航。主降落傘和輔助降落傘，啟動(dòng)著陸的發(fā)動(dòng)機(jī)，以及雷達(dá)高度計(jì)都安裝在著陸器的頂部。泡沫被用來吸收著陸時(shí)的沖擊。著陸艙有四個(gè)三角形的 “花瓣”，在著陸后會(huì)打開，使航天器恢復(fù)正常功能，并露出儀器。

著陸器上裝有兩個(gè)可以 360 度觀察火星表面的電視攝像機(jī)，用于研究大氣成分的質(zhì)譜儀、溫度、壓力和風(fēng)傳感器以及測(cè)量表面機(jī)械和化學(xué)性質(zhì)的設(shè)備，包括搜尋有機(jī)材料和生命跡象的機(jī)械鏟子。此外，上面還帶有蘇聯(lián)盾形紋章的三角旗。四個(gè)天線從球體頂部伸出來，通過機(jī)載無(wú)線電系統(tǒng)與軌道飛行器進(jìn)行通信。該設(shè)備由電池供電，在分離前由軌道飛行器充電。溫度控制是通過隔熱和散熱器系統(tǒng)來維持的。著陸艙在發(fā)射前進(jìn)行了消毒，以防止污染火星環(huán)境。

火星 2 號(hào)和 3 號(hào)著陸器搭載了名為 Prop-M 的小型行走機(jī)器人。機(jī)器人的質(zhì)量為 4.5 千克，并通過電纜拴在著陸器上，以便進(jìn)行直接通信。這個(gè)機(jī)器人被設(shè)計(jì)成可以在滑雪板上 “行走”，極限是 15 米(與電纜長(zhǎng)度相同)。Prop-M 身上攜帶了動(dòng)態(tài)滲透儀和輻射密度計(jì)。

Prop-M 的主框架是個(gè)粗壯的盒子，中間有個(gè)很小的突起。框架由兩個(gè)扁平滑雪板支撐，其中一個(gè)從兩邊向下延伸，使框架略高于表面。盒子的前面是障礙物探測(cè)棒。Prop-M 計(jì)劃在由機(jī)械手手臂著陸后放置在地面上，并在電視攝像機(jī)的視野內(nèi)移動(dòng)，每隔 1.5 米停下來進(jìn)行測(cè)量?；鹦峭寥乐械倪\(yùn)動(dòng)痕跡也將被記錄下來，以確定材料的性質(zhì)。

1971 年 12 月 2 日，著陸器與軌道器分離。大約 15 分鐘后，下降引擎啟動(dòng)，將防空罩指向前方。隨后，該模塊以 5.7 公里 / 秒的速度以不到 10 度的角度進(jìn)入火星大氣層。制動(dòng)降落傘隨后展開，主降落傘被收起，直到著陸器降至超音速以下，這時(shí)主降落傘完全展開，隔熱板被彈出，雷達(dá)高度計(jì)被打開。在 20 到 30 米的高度，以 60 到 110 米 / 秒的速度，主降落傘斷開連接，一枚小火箭把它推到旁邊。與此同時(shí)，著陸器的反推火箭啟動(dòng)。整個(gè)進(jìn)入大氣層的過程花了 3 分鐘多一點(diǎn)兒的時(shí)間。

據(jù)報(bào)道，火星 3 號(hào)著陸器以 20.7 米 / 秒的速度撞擊地表。為了防止損壞儀器，艙內(nèi)還配置有減震器。四個(gè)花瓣形狀的蓋子打開，隨后著陸器開始向火星 3 號(hào)軌道器傳輸信號(hào)。然而僅僅 20 秒后，由于未知原因，信號(hào)傳輸停止，地球上沒有收到來自火星表面的信號(hào)。

目前還不清楚故障原因是來自著陸器還是軌道器上的通信繼電器。著陸器傳回的部分全景圖像沒有顯示細(xì)節(jié)，而且照度非常低。故障的原因可能與當(dāng)時(shí)發(fā)生的極強(qiáng)火星沙塵暴有關(guān)，這場(chǎng)沙塵暴可能引發(fā)了日冕放電，破壞了通信系統(tǒng)。沙塵暴也可以解釋圖像光線不佳的原因。

關(guān)鍵詞： 人類 火星 探索