专家详解萤火一号搭俄顺风车 还有三天时间抢救

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北京时间昨天凌晨4点16分，中国首颗火星探测器“萤火一号”搭载在俄罗斯“福布斯-土壤”探测器内部，由俄罗斯天顶号运载火箭在哈萨克斯坦拜科努尔发射场发射升空。之后星箭正常分离，将探测器和上面级组合体送入预定轨道。然而随后不久，俄罗斯联邦航天署署长波波夫金宣布，“福布斯-土壤”探测器及其所搭载的“萤火一号”火星探测器在飞行过程中出现意外，没有按计划实现变轨，未能如约奔赴火星，目前仍处于近地轨道。

　　据俄罗斯联邦航天署发布的消息，将“萤火一号”和“福布斯-土壤”送入太空的是俄罗斯“天顶-2SB”运载火箭。按计划，火箭发射升空688秒后，“福布斯-土壤”探测器与“天顶-2SB”运载火箭的第二级脱离。安装在“福布斯-土壤”探测器上的主发动机将在此后启动，并通过3次点火将两个探测器送入飞往火星的轨道。全部飞行过程将历时300天左右。到达火星后，“萤火一号”将与“福布斯-土壤”探测器分道扬镳，开始自主飞行，开展我国首次火星探测。

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俄塔社援引俄罗斯联邦航天署署长波波夫金的话说，“福布斯-土壤”探测器目前仍然处于近地轨道，其主发动机一直没有启动，燃料箱也没有与探测器脱离。波波夫金说，导致出现意外情况出现的原因显然在探测器的控制系统。俄航天部门应该还有3天时间对探测器的飞行状态进行调整。

　　据介绍，该探测火星计划是中俄两国政府间合作项目。“萤火一号”由中国航天科技集团公司所属上海航天技术研究院抓总研制，携带等离子体探测包、磁强计、掩星接收机、光学成像仪等四种探测仪器。“萤火一号”原计划2009年10月发射，后因俄方采集火星土壤样品的取土器需改进，研制计划推迟，发射随之推迟至今年。

　　目前，我国飞行最远的航天器是嫦娥二号，今年8月25日进入太阳与地球引力平衡点拉格朗日L2点。“萤火一号”的飞行距离大约是嫦娥二号的200倍，按计划将穿越3.5亿~4亿公里漫漫旅途向火星进发。

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　“萤火”七问

　　“借船出海”能节省时间资金

　　1 “萤火一号”为何搭俄“顺风车”？

　　中科院国家空间科学中心主任、“萤火一号”工程应用首席科学家吴季此前表示，对于中国来说，在还没有建立起真正的深空测控网之前，借用俄罗斯的探测器一同飞往火星，并开展联合探测，可将我国科学家利用自主的探测数据、深入开展对火星研究的时间提前。

　　航天专家庞之浩也认为，我国作为探测火星的“新手”，“萤火一号”此番“借船出海”能节省资金、借鉴他国成熟经验，获得国外深空测控网的帮助。

　　“沉睡”到达火星后独立工作

　　2 “萤火一号”探测火星一共分几步？

　　航天专家庞之浩说，按原计划，“萤火一号”的飞行大致有环绕地球、地火巡航、环绕火星三个飞行阶段。在到达火星之前，“萤火一号”将一直处于“沉睡”状态，两者通过电缆连接，“萤火一号”的能量由“福布斯-土壤”供给。

　　按计划，“萤火一号”随俄罗斯火箭升空后，将由“福布斯-土壤”带领，在距地面200公里的圆形轨道飞行4小时，后变轨至距离地面1万公里的过渡轨道，绕大椭圆一圈，经26小时的无动力飞行后，主发动机点火，两个探测器将彻底告别地球，进入地火轨道。

　　“这是一条双曲线轨道，飞行时间很长，大概需要300天。”庞之浩说，经历10个月左右的联合飞行后，两个探测器将在火星引力作用下，进入环绕火星的轨道，一起飞行3天后分离，“萤火一号”进入在轨测试和在轨运行阶段，太阳能帆板展开，并开始进行独立探测。

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如变成地球卫星将丧失作用

　　3 “萤火一号”将面临怎样的命运？

　　庞之浩说，之前也有过火星探测器经调整后重新入轨并成功的案例，但这样的案例很罕见。从目前的消息来看，“福布斯-土壤”探测器进入地火轨道失败，尝试几次点火都不成功。以窗口期限、电池存量等考虑，它还有3天时间可以调整飞行状态。目前应该出几个方案，从可能性最大的方案开始实施。

　　庞之浩说，如果不成，“萤火一号”就会跟着“福布斯-土壤”探测器一起绕地飞行，变成地球卫星，但其功能全部按火星探测设计，“如果变成地球卫星，也就丧失了作用。”

　　4 “萤火一号”

　　中国志在探索 火星空间环境最大特色是什么？

　　从外表上看，“萤火一号”的显著特点是“小”。吴季曾坦言，其在技术上最大的挑战便是“小”，因受俄方发射重量的限制，“萤火一号”之轻，实属罕见。载荷小、距离远、任务重，“萤火”实为不易。

　　从轨道上看，与其他探测器大都在火星近地面极地轨道飞行不同，“萤火一号”计划沿近火点800公里、远火点80000公里、轨道倾角正负5度的大椭圆轨道运行。庞之浩解释说，这与它肩负的使命息息相关。

　　此前的火星探测，主要围绕火星上有没有生命、有没有水而展开，低轨道能更好地观测火星全球。“萤火”此行，主要为空间探测、大气探测而去，填补当前人类对火星高层大气、电离层、磁层环境、太阳风等相互作用的了解空白。

　　“这个轨道设计很新颖，能让‘萤火’在与地球、与‘福布斯’之间发送信息时，信号的传输路径都切入火星大气层，这样一来，就能试验火星大气环境对信号的干扰。”庞之浩说。

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　从地球奔赴火星“道阻且长”

　　5 火星为何被称为“航天器的坟墓”？

　　在人类探测火星的历程中，有无数“殉道者”。据庞之浩介绍，目前全世界已累计发射41颗火星探测器，只有20颗成功，胜算不到一半。

　　为何成功率如此之低？因这条路“道阻且长”。庞之浩说，此前失败的火星探测器，大都没能成功进入火星轨道，或失去联系，或着陆失败。“萤火一号”此番行程，也面临众多严峻考验。

　　首当其冲的，便是远距离飞行，庞之浩介绍，地火轨道十分复杂，空间环境险恶，在这一过程中，探测器一方面因远距离飞行，信号强烈衰减，不能随时与地面保持联系，还随时可能遭受“空间碎片”、“太阳风暴”等袭击，旅途可谓荆棘遍布。

　　即使成功抵达火星轨道，危险也远未减少。因火星地表起伏大，磁场分布十分不均匀，给飞行带来不稳定因素，需时时调整。更可怕的是，探测器必须经历“长火影”考验，即在火星轨道飞行期间，长时间处于阴影区，没有光照，就没有能量源和热量源，温度降至零下200度，一不小心就可能被“冻死”。此外，火星风大、沙尘暴大，如果着陆，还要谨防动力装置被沙尘覆盖后掩埋，否则将寸步难行。

　　后年独立发射火星探测卫星

　　6 我国将于何时独立探测火星？

　　据介绍，我国火星探测计划分三步进行：第一步是实施火星环绕探测，并开展软着陆技术验证；第二步是实施火星软着陆，开展火星就位探测；第三步是实施火星无人采样返回。三步简称“绕”、“落”、“回”，“萤火一号”是第一步。

　　空间技术专家戚发轫院士今年初接受媒体采访时曾透露，我国计划于2013年，独立发射首颗火星探测卫星。

　　“我国下一次探测火星将是完全自主的火星探测，但也会同时邀请国际合作伙伴参与，共同为人类探测太阳系作出贡献。”吴季说。绕月探测工程、嫦娥一号卫星系统总指挥兼总设计师叶培建此前表示，“中国目前已完全具备独立探测火星的能力，利用自主研发的测控系统，发射自己的火星探测器没有任何问题”。

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中国需建自己的深空探测网

　　7 火星之旅我们还需做哪些努力？

　　庞之浩介绍，独立探测火星，运载火箭首先需达到一定的运载能力，即第二宇宙速度11.2公里每秒，方能让卫星挣脱地球束缚，奔向地外行星。

　　探月卫星只需达到10.9公里每秒即可，相比之下，发射嫦娥二号的火箭，还需进一步加速。对此吴季曾表示，我国目前火箭已有足够的运载能力。

　　此外，我国还没有建立起自己的深空探测网，而这是探测火星之必需，因为在航天器远距离飞行中，信号捕获与控制尤为重要。庞之浩解释，就火星探测来说，因信号存在几十分钟的延迟，大大增加了飞行控制的难度。距离远、信号弱，就需要能力更强、范围更广的测控站，捕获飞行器发自遥远太空的信号，得知其运行状况，及时作出调整。“萤火一号”如果工作，数据的上传下达都离不开俄罗斯、欧空局地面站的帮助，但合起来也只能下载5%至10%的数据量。据介绍，我国预计明年建成国内深空探测网部分，2016年建成国外部分，届时将用于支持我国将来的载人登月、火星探测和其他深空探测任务。