2019年被不少人稱為“中國航天超級2019”,而即將到來的2020年,中國航天將進(jìn)一步延續(xù)“超級模式”。日前,國家航天局..公開了我國火星探測任務(wù)。據(jù)悉,我國將在明年擇機發(fā)射火星探測器,開展火星全球性和綜合性探測。
截至2016 年12 月,人類已進(jìn)行了45 次火星探測活動。美國、俄羅斯、日本、印度、歐洲空間局等國家或組織都已制訂了各自的長遠(yuǎn)的火星探測計劃,全方位地開展對火星生命信息、環(huán)境、大氣、巖石、水及內(nèi)部構(gòu)造等的探測與深入研究。根據(jù)天體運行的規(guī)律,人類探測火星的窗口,也就是探測器發(fā)射的zui佳時間每隔26個月才有一次機會,所以我國的..火星探測任務(wù)計劃在2020年擇機實施。按照規(guī)劃,火星探測器發(fā)射后,大概需要經(jīng)過200天左右的飛行,才能zui終到達(dá)火星。
zui近由上??萍冀逃霭嫔缤瞥龅摹痘鹦强茖W(xué)概論》獲得了第七屆中華優(yōu)秀出版物獎,這本系統(tǒng)論述火星的權(quán)威性科學(xué)專著,為關(guān)注火星科學(xué)研究與火星探測進(jìn)展的公眾普及了火星科學(xué)知識。現(xiàn)選摘書中部分章節(jié),以饗讀者。
經(jīng)過長期的觀測和50多年的近距離探測,人類已經(jīng)對火星有了一定的了解,在火星科學(xué)研究領(lǐng)域取得了巨大的成就,但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。無論是火星電離層、火星大氣層、火星土壤、火星內(nèi)部結(jié)構(gòu),還是火星的形成與演化過程等,都存在著許許多多的科學(xué)問題有待我們進(jìn)一步探索和考證。而火星作為地球的近鄰,其表面是否存在或曾經(jīng)存在生命,一直以來更是得到高度重視。探尋火星過去或現(xiàn)存的生命跡象,探索能否將火星改造成人類的第二個棲息地,將是未來國際火星探測的一大主流。
2020年中國火星探測工程要研究些什么?
我國火星探測起步較晚,但隨著探月工程取得重要進(jìn)展,我國已具備開展火星探測的能力。適時開展火星探測,可以在空間科學(xué)、空間技術(shù)和空間應(yīng)用領(lǐng)域加速實現(xiàn)從跟蹤研究向自主創(chuàng)新轉(zhuǎn)變,實現(xiàn)從航天大國向航天強國邁進(jìn)。
2016年4月22日,我國..火星探測任務(wù)正式立項,計劃在2020年通過一次發(fā)射實現(xiàn)火星軌道器環(huán)繞探測和火星車軟著陸巡視探測。..火星探測的科學(xué)目標(biāo)是:通過環(huán)繞探測,開展火星全球性和綜合性的探測;通過巡視探測,開展火星表面重點地區(qū)高精度、高分辨率的精細(xì)探測。
具體科學(xué)目標(biāo)包括:
(1)研究火星形貌與地質(zhì)構(gòu)造特征。探測火星全球地形地貌特征,獲取典型地區(qū)的高精度形貌數(shù)據(jù),開展火星地質(zhì)構(gòu)造成因和演化研究。
(2)研究火星表面土壤特征與水冰分布。探測火星土壤種類、風(fēng)化沉積特征和全球分布,搜尋水冰信息,開展火星土壤剖面分層結(jié)構(gòu)研究。
(3)研究火星表面物質(zhì)組成。識別火星表面巖石類型,探查火星表面次生礦物,開展表面礦物組成分析。
(4)研究火星大氣電離層及表面氣候與環(huán)境特征。探測火星空間環(huán)境及火星表面氣溫、氣壓、風(fēng)場,開展火星電離層結(jié)構(gòu)和表面天氣季節(jié)性變化規(guī)律研究。
(5)研究火星物理場與內(nèi)部結(jié)構(gòu)。探測火星磁場特性。開展火星早期地質(zhì)演化歷史及火星內(nèi)部質(zhì)量分布和重力場研究。
中國火星探測在10年內(nèi)要解決哪些難題?
2030年前,我國火星探測的主要任務(wù)是環(huán)繞遙感探測、軟著陸巡視探測和采樣返回,實現(xiàn)對火星從全球普查到局部詳查再到樣品實驗室分析的科學(xué)遞進(jìn)。
環(huán)繞遙感探測的科學(xué)目標(biāo)著眼于對火星的全球性探測,致力于建立火星的總體、全局的科學(xué)概念;軟著陸巡視探測科學(xué)目標(biāo)著眼于對火星局部地區(qū)的重點探測,主要開展火星科學(xué)試驗;采樣返回的科學(xué)目標(biāo)著眼于著陸點的現(xiàn)場調(diào)查與分析、火星樣品的分析研究,主要開展比較行星學(xué)研究。
星空浩瀚無比,探索永無止境?;鹦翘綔y等深空探測任務(wù)的逐步推進(jìn)是一項長期而艱巨的工程,我們相信,通過航天人的不懈努力,中國的深空探測一定會不斷取得突破,火星也必將是21世紀(jì)人類踏上的第Ⅰ顆地外行星。
NASA火星之旅為什么要“三步走”?
2004年,美國提出了“新太空計劃”,著手制造新一代宇宙飛船,主目標(biāo)是在2030年前后把人類送上火星。2011年,NASA再次制訂了詳細(xì)的《2013—2022行星科學(xué)十年規(guī)劃與展望》,囊括了美國未來十年行星探測的科學(xué)目標(biāo)、發(fā)展規(guī)劃及科學(xué)探測任務(wù),把火星探測規(guī)劃為重中之重,并明確了在21世紀(jì)30年代實現(xiàn)載人登陸火星的發(fā)展目標(biāo)。在此基礎(chǔ)上,2015年,美國NASA就火星探測發(fā)展政策和戰(zhàn)略規(guī)劃公布了《NASA的火星之旅——開拓太空探索下一步》,充分展示了美國加快火星探測步伐之決心。
2015年10月公布的《NASA的火星之旅——開拓太空探索下一步》,是一份人類登陸火星的詳細(xì)計劃?;鹦侵脤⒎秩齻€階段推進(jìn),每個階段隨著探索的距離更遠(yuǎn)也必將面臨更多挑戰(zhàn)。
NASA將通過漸進(jìn)式的步伐開發(fā)和驗證各項能力,從而解決相關(guān)難題。三大階段分別是:
第1階段:依賴地球階段。依賴地球的探索將聚焦于在國際空間站(ISS)上開展研究活動,包括微重力試驗和一系列相關(guān)測試研究,為宇航員的長期駐留提供技術(shù)支撐,以支持未來深空探測長期任務(wù)。
第2階段:深空試驗場階段。本階段的任務(wù)主要是探索在距離地球幾天航程的深空環(huán)境中如何開展復(fù)雜的載人運行,提升和驗證在距地球更遠(yuǎn)距離時(如火星上)人類生存和工作所需的各項能力。
第3階段:獨立于地球階段。此階段的活動將以上述前兩個階段為基礎(chǔ),使載人活動到達(dá)火星附近(如低火星軌道或某個火星衛(wèi)星),并zui終到達(dá)火星表面。未來的火星任務(wù)將由NASA和合作伙伴共同開展,探索在地球以外生命延續(xù)的潛在可能。
歐洲空間局“火星生命探測計劃”為何走走停停?
2003年,歐洲空間局(ESA)提出了“曙光計劃”,確立了歐洲未來30年太陽系探測的發(fā)展戰(zhàn)略和路線圖,提出以機器人和載人登陸火星為主,探尋太陽系中地外生命存在跡象,揭示太陽系起源。經(jīng)過細(xì)化論證,2005年ESA正式發(fā)布了《宇宙憧憬2005—2025》,描述了未來20年空間科學(xué)的發(fā)展藍(lán)圖,指出火星探測是ESA未來10—20年將要開展的重要空間科學(xué)探測活動。2015年,ESA公布zui新的《空間探索戰(zhàn)略》,火星仍是其重點探索目標(biāo)。
ESA在《空間探索戰(zhàn)略》中提出,火星是其三個優(yōu)先探索目標(biāo)之一,主要任務(wù)包括“火星生命探測計劃”(ExoMars)系列任務(wù)和火星機器人探測預(yù)備任務(wù)。其中zui為突出的一點就是廣泛的國際合作。ESA特別指出,當(dāng)前處于籌備期,潛在的國際合作伙伴包括美國、俄羅斯、加拿大、日本、中國等國的國家航天部門以及私營部門。
在任務(wù)路線圖方面,ESA未來火星空間探索的主要活動是通過ExoMars系列任務(wù)開展火星生命演化研究,確保歐洲在國際火星取樣返回中占有一席之地,與俄羅斯建立戰(zhàn)略伙伴關(guān)系,參與..火星采樣返回任務(wù)及未來的載人登陸火星。
根據(jù)《空間探索戰(zhàn)略》,ExoMars系列任務(wù)邁出了ESA探索紅色星球的第Ⅰ步。事實上,ExoMars在2005年就通過了ESA成員國的正式批準(zhǔn),此后該計劃有幾次幾乎停止。在美國放棄將ExoMars 作為優(yōu)先任務(wù)后,俄羅斯聯(lián)邦航天局作為新的合作伙伴加入ExoMars任務(wù),為ExoMars兩個項目提供關(guān)鍵部件和科學(xué)儀器,包括為運送衛(wèi)星的“質(zhì)子號”火箭提供到達(dá)火星所需的一切硬件。ExoMars任務(wù)的預(yù)算約為13億歐元。
俄羅斯火星探測器啥時候能發(fā)射?
俄羅斯沒有因早期(蘇聯(lián)時期)火星探測系列任務(wù)和2011年“火衛(wèi)一—土壤號”火星探測任務(wù)的失敗而氣餒。2012年3月,俄羅斯聯(lián)邦航天局制訂并公布了《2030年前航天活動發(fā)展規(guī)劃》草案,其中涉及建立火星試驗站等一系列目標(biāo)。2012年4月,其又制訂了《2012—2025太陽系探測總體規(guī)劃》。這兩份規(guī)劃都把火星列為首要探測目標(biāo)。2016年3月,俄羅斯政府批準(zhǔn)了《2016—2025俄羅斯十年太空計劃》。
《2016—2025俄羅斯十年太空計劃》指出,俄羅斯未來10年將把精力集中在金星近地軌道、太空輻射和太陽活動的研究。
在以對火星土壤進(jìn)行檢測、采樣返回的“大衛(wèi)一—土壤號”任務(wù)失敗后,2014年,俄羅斯重新提出自己的火星土壤采樣返回的Expedition M任務(wù),更改為“火衛(wèi)一表面探測和土壤采樣返回”任務(wù),并納入2015年財政預(yù)算,共計約51億盧布。Expedition M探測器計劃于2024年使用安加拉5型(Angara 5)火箭發(fā)射。該任務(wù)將為2030年的火星采樣返回作準(zhǔn)備。
日本為什么要以月球為中轉(zhuǎn)站奔赴火星?
2005年,日本制訂了跨越20年的航天發(fā)展路線圖,即《日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)長期發(fā)展規(guī)劃——JAXA2025》,提出了未來20年空間活動的發(fā)展目標(biāo)、發(fā)展方向、發(fā)展規(guī)劃與設(shè)想。該規(guī)劃指出,下一代太陽系探索的重點是實現(xiàn)探測器飛往火星,重點探測火星氣候??傮w思路是首先建立月球基地,以月球作為中轉(zhuǎn)站奔赴火星。
1998年7月3日,日本..火星探測器“希望號”發(fā)射升空,使得日本成為世界上第三個發(fā)射火星探測器的國家。但是“希望號”在太空中艱難飛行了5年之后,于2003年12月9日宣布失敗。日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)(JAXA)計劃zui早于2022年發(fā)射飛向火星的衛(wèi)星——火衛(wèi)一和火衛(wèi)二的探測器,將利用小行星探測技術(shù),..從火星衛(wèi)星上帶回沙子、巖石等樣本加以研究。
2007年,印度空間研究組織(ISRO)正式對外發(fā)布探測火星計劃。2012年8月計劃啟動,2013年11月15日“曼加里安號”火星探測器發(fā)射升空,2014年9月成功進(jìn)入火星軌道,在500km ? 80000km橢圓軌道上開展科學(xué)探測任務(wù)。印度成為亞洲..成功進(jìn)行火星探測的國家。“曼加里安號”的成功,大大激發(fā)了印度對火星探測的雄心,目前SRO已啟動了后續(xù)火星探測任務(wù)的論證工作。
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