揭秘中国首颗火星探测器 搭俄罗斯运载火箭便车

上海航天局展示中国火星探测器模型。(资料图片)

　　中国第一颗火星探测器“萤火一号”

　　火星在中国古代被称为“荧惑”，所以中国第一颗火星探测器取其谐音，命名为“萤火一号”。2009 年10 月，“萤火一号”将搭乘俄罗斯运载火箭飞向太空。中俄联合火星探测副总设计师陈昌亚介绍说，“萤火一号”的自主能力要比地球卫星高，在飞行中还会经历休眠和唤醒的转换。

　　文/ 庄清湄

　　2009 年10 月，中国第一颗火星探测器“萤火一号”将搭乘俄罗斯运载火箭的顺风车，飞往太空。

和“勇气号”、“机遇号”等火星探测器相比，“萤火一号”只能算一个“小个子”。但是，“萤火一号”面临的考验相当严峻，“尤其是释放运行轨道60 天后，将遇到7次最长8.8 小时的“长火影”（长期火星阴影）和火星特殊的环境的考验。”中俄联合火星探测副总设计师、上海航天局卫星工程研究所研究员陈昌亚在接受《外滩画报》记者采访时表示。

　　搭乘俄罗斯运载火箭的顺风车

　 “火星是位于地球轨道外侧最近的一颗行星，距离地球3.5 亿公里，由于它发出特殊的红光而令人注目。西方把它称为‘战神’，中国古代则称之为‘荧惑’。‘荧惑’谐音‘萤火’，又是中国第一颗火星探测器，故取名‘萤火一号’。”陈昌亚如此向《外滩画报》记者解释“萤火一号”这个名字的来源。

　　火星探测是我国首次开展的地外行星空间环境探测活动。据陈昌亚透露，由上海航天局牵头研制的“萤火一号”重量为110 公斤，体积为750×750×600mm，太阳帆板展开时将达到7.85米。和它180 公斤重的美国前辈“勇气号”、“机遇号 ”，以及计划在同年发射的600 公斤重的新型火箭车， “萤火一号”算得上是火星探测器家族中的“轻骑兵”、“小个子”。

　　2007 年6 月27 日，中俄签署双边合作协议，两国将于2009 年联合开展火星探测项目。“俄罗斯航天机构计划于2009 年10 月实施一项名为‘福布斯- 格朗特（Phobos-Grunt）’的火星及火卫1 采样返回探测计划，进行对火星的环绕探测和火卫一的着陆探测，采集0.1-0.2kg 火卫一土壤样品返回地球。俄方邀请中方参与该计划，提议与‘福布斯- 格朗特’着陆探测器共同发射一颗中国研制的火星探测器，开展中国与俄罗斯联合火星探测计划。”陈昌亚向本报记者解释。

　　届时，“一箭双星”将在距地面200公里的远轨道飞行4 小时，然后飞到距地面1 万公里的过渡椭圆轨道做26 小时的无动力飞行。之后，伴随着火箭主发动机的再次启动，“萤火一号”彻底告别地球，进入从地球到火星的双曲线轨道，和“福布斯”同甘共苦地共同飞行11 个月。

　　在联合飞行的过程中，两颗卫星通过电缆连接在一起， “萤火一号”的能量由“福布斯”供给。到2010 年8 月之后，两颗卫星正式分道扬镳，“福布斯”将转途去探测火卫一。“萤火一号”则进入绕火星的椭圆形轨道，在“近火点”（距离火星最近的点）800 公里、“远火点”（距离火星最远的点）80000 公里、轨道倾角正负5度的火星大椭圆轨道上，展开太阳帆板，正式开始履行它的火星探测使命。

　　陈昌亚介绍说， “萤火一号”和“嫦娥”的任务其实很类似，只不过探测的对象不一样。“萤火一号”拜访火星时，将共携带八件“武器”，包括两台摄像机、两台磁强计、离子探测包和光学成像仪等等，将重点探测火星的空间磁场、电离层和粒子分布及其变化规律；探测火星大气离子的逃逸率；探测火星地形、地貌和沙尘暴；探测火星赤道区重力场。

　　对于探测火星周围空间环境的意义，陈昌亚表示：“通过探索火星的尘暴、近火星空间流星，收集火星大气数据，对其化学成分进行分析，再加上对火星的地表和地下结构的观测分析，人类可以发现火星上的生命痕迹。”

　　零下200℃的考验

　　“萤火一号”从2006 年10 月开始预研，2007 年6 年正式研制。按照中俄合作协议，中方已经完成了初样的全部研制工作，一颗结构力学星和一颗电性星已于2008 年9 月29 日运抵莫斯科，等待中俄联合试验。“从正式研制到2009 年6 月出厂，只有24 个月，时间紧迫。在研制过程中，还要攻克四大关键技术。”

　　这四大关键技术包括：超远距离的测控通信；自主控制；超低温度的适应技术和8.8 小时的长火影；还有热控技术，轻型化技术等难点，简称“三控一化”。

　　人造地球卫星与地球的距离一般从几百公里到几万公里左右，月球距离地球约为38.4 万公里，而到火星处距离约3.5 亿公里，卫星的测控数传要克服信号衰减和传输时延等困难，实现深空环境下的有效通信，到火星的信号较到地球卫星接收信号要弱几千倍。

　　而由于火星与地球之间距离甚远，火星探测器接收地面遥控指令时间较长，环绕火星运行时，地面测控站进行遥控的主动控制能力远低于地球卫星，因此，对火星探测器星上自主能力的要求大大提高，以降低卫星对地面系统的依赖性，不能够像地球卫星那样实时遥控。

　　除此以外，“萤火一号”在整个探测过程中，将遭遇7 次“长火影”，时间长达8.8 个小时。此时，火星将运行至探测器和太阳之间时，主要依靠太阳能的“萤火一号”为了保存能量，不得不进入休眠状态。然后，它在“长火影”结束后再加电唤醒。而经过8.8 个小时的休眠，“萤火一号”的周围环境温度达到零下200℃以下，过低的温度会影响机器休眠时的运行，如果机器被“冻死”，就不能在通电后“活”过来。“‘长火影’是小家伙不得不过的一道关。”目前，陈昌亚和“萤火一号”研制团队正在对此进行技术攻关。