“萤火一号”的使命

沈羡云

准备启程

近些年来，我国航天探测的喜讯不断，继我国实现载人航天和太空行走后，又开始向外星进军。“嫦娥一号”的成功奔月，为我国月球探测打响了第一炮。现在，一个更伟大的深空探险计划又将起步了：今年10月6日至16日期间，我国的第一个火星探测器“萤火一号”将奔赴火星，行程3.5亿千米左右，历时10个月，预计2010年8月抵达火星轨道，开始独立履行火星探测的伟大使命。这是我国火星探测“绕、回、落”“三步走”战略中的第一步，也是继载人航天工程、探月工程之后，我国首次开展的地外行星空间环境的探测活动。目前“萤火一号”正在莫斯科与俄罗斯火卫一土壤探测器——“福布斯一格朗特”进行对接试验，如果一切顺利，将在火星离地球最近的时间窗口发射。

说起“萤火一号”名字的由来，还是起源于典故。由于火星呈红色，荧光像火，亮度常有变化，中国古代将其称为“荧惑”，有“荧惑火光，离离乱惑”的意思。所以，我国的航天工作者将中国的第一颗火星探测器命名为“萤火一号”。“萤火一号”火星探测项目是与俄罗斯合作开展的。根据中俄合作协议，“萤火一号”探测器将与俄罗斯的火卫一“福布斯一格朗特”着陆探测器共同搭乘俄方的“天顶”号运载火箭上天。到达火星轨道后，“萤火一号”与“福布斯”将分道扬镳，“福布斯”转途探测火卫一，并登陆采集火卫一的土壤返回地球；“萤火一号”则进入绕火星的椭圆形轨道，展开太阳帆板，正式开始履行它的火星探测使命。“萤火一号”搭乘俄罗斯运载火箭的原因是火星探测在技术上要求很高，要想让探测器脱离地球的引力场，其速度必须达到第二宇宙速度(>11.2千米／秒)。同时，运载火箭在飞行过程中要多次关机、点火，这对火箭的要求很高。目前，我国的火箭还不具备此能力，故搭载俄罗斯的火箭，为我国今后的自力更生火星探险先探探路。

肩负的任务

与美国的火星探测器“勇气号”、“机遇号”(重180千克)，以及计划将要发射的新型火箭车(重600千克)相比，“萤火一号”算得上是火星探测器家族中的“轻骑兵”、“小个子”，因为“萤火一号”长和宽只有75厘米，高为60厘米，它的体重也只有110千克。但是，如此小巧玲珑的身体上却长出了3对大“翅膀”，其展开后可达7.85米。这是因为火星上太阳光照强度低，只有地球的二分之一左右，帆板要足够大才能给“萤火一号”提供充足的能量。火星探测器进入环绕火星轨道后，探测器将在800千米至8万千米的火星轨道上运行，它的体内携带了等离子探测包、磁通门磁强计、掩星探测接收机、光学成像等4个种类的有效载荷，在火星轨道上将进行为期一年的科学探测活动。

“萤火一号”的主要任务有两个。第一个是拍照和探测火星附近空间环境，为我国下一步火星探测打基础。“萤火一号”携带的几件“宝贝”就是为此服务的：光学成像仪将对火星和火卫一进行摄影；等离子探测包可探测火星周围的等离子态；磁通门磁强计可以了解火星外环境，测量火星上空的磁场强度、太阳辐射强度和高能粒子等等；掩星探测接收机是用“掩星法”来探测火星大气层和电离层。

第二个目的是企图破解火星表面水消失之谜。火星探测最主要的目的之一是要了解火星上到底有无生命。水是生命的象征，因此，以前发射的火星探测器都在寻找火星上的水。幸运的是美国的“机遇号”、“勇气号”、?凤凰号”在火星上都发现了水的痕迹。但是，当探测器的铲子挖出白色的物质后，第二天白色痕迹就消失了，其原因可能是水分蒸发了或者它是干冰。目前水的痕迹发现很多，但并没有直接发现水，所以还不能最后确定火星上是否有水。“萤火一号”一个重要任务是探测、研究火星表面水消失的原因。

闯三关

实现火星探测可不像月球探测那样容易，“萤火一号”要实现预期的目标，必须过以下三关。

第一关是要进入火星轨道。“萤火一号”的飞行过程与其他火星飞行器相同，不过这次是“一箭双星”。“天项”号火箭升空后，先在距地面200千米的远轨道飞行4小时，然后飞到距地面1万千米的过渡椭圆轨道，进行26小时的无动力飞行。之后，火箭主发动机再次启动，“萤火一号”彻底告别地球，进入从地球到火星的双曲线轨道，与“福布斯”同甘共苦地共同飞行11个月。到达火星轨道后，联合探测器将共同绕火星飞行几天。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。其间，俄罗斯的探测器会找一个相对合适的位置把“萤火一号”放下，使其围绕火星飞行，“福布斯”则转途去探测“火卫1”。“萤火一号”能否顺利切入到火星轨道，它自身不起任何作用，主要由俄罗斯火箭决定。因此，此关是由俄罗斯来闯。

第二关是火星探测器到达火星轨道后的控制问题。当“天顶”号火箭将“萤火一号”放下之后，探测器的所有活动由我国自己来控制。这时，探测器距离地球有1亿多千米，在这么远的一个范围内，卫星要想准确进入轨道，及在轨道上飞行和对火星探测，需要有很好的测控系统。由于距离太遥远，地面测控中心收到的信号非常微弱。如果接收不到这些微弱的信号，地面就无法判断探测器是否在火星轨道上，也无法对探测器的飞行进行控制。

现在，我国已经解决这个问题了，我国科技人员完全有能力捕捉到来自“萤火一号”的信号。为了接收到“萤火一号”的微弱信号，位于上海、北京、昆明和乌鲁木齐的4台射电望远镜联合组成中国甚长基线干涉仪(VLBI)网，这种用于深空探测器的测量技术从理论上来说受探测器到地球距离的影响比较小，利用长达几千千米的基线，可以极大地提高对测量目标的空间分辨率。这也是世界上首次使用甚长基线干涉仪对深空探测器进行轨道测量。

第三关是要保证“萤火一号”在探测期间不被“冻死”。由于“萤火一号”是搭乘俄罗斯的火箭到火星，我国的航天工作者无法为“萤火一号”选择更适合的飞行轨道，只能借助火星的赤道轨道进行探测。这样不可避免地在1年服役期内经历7次“长火影”的生死考验。也就是当火星运行至探测器和太阳之间时，“萤火一号”便处于火星的阴影中，那里的温度可下降到零下200℃以下，而“长火影”最长可以持续8.8个小时。在此期间，以太阳能为主要能源的“萤火一号”将无法接收到阳光。为了保存能量，就必须使部分部件进入休眠状态，待火星飞出“长火影”后，再将这些部件加电唤醒，重新启动工作。由于休眠期间“萤火一号”的周围环境温度可达零下200℃左右，因此有些部件可能会被“冻死”，不能正常工作。因此，如何保证这段时间“萤火一号”不被“冻死”是最关键的问题。

火星探测器被“冻死”是有先例的。去年11月，在火星上探测达5个月之久的美国“凤凰”号火星车就被“冻死”在火星上。因此，“防冻?技术成为研制火星探测器的关键。我国的科技人员经过艰苦技术攻关；终于掌握了“萤火一号”在超低温环境下的防冻技术，并在今年2月将“萤火一号”放到伸手不见五指、温度为260℃的实验环境中休眠8.8小时。结果，休眠后“萤火一号”上的16台单机均被成功唤醒，并且可以正常工作。

“萤火一号”的发射标志着继美国、俄罗斯、日本、欧洲太空局后，我国也跻身于“火星俱乐部”，这对火星的探测和研究、特别是对火星生命痕迹的研究，对人类的未来发展将产生重大影响。这次实战对于今后我国自己开展的深空探测无疑是一场重要的“演练”，也将为中国建立自己的深空探测网积累宝贵的经验。

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到目前为止，人类共发射了31次火星探测器，其中14次发射的火星探测器连火星的面都没见，就在发射时失败或被地球和火星之间漫无边际的黑暗吞噬了。其他的17次中，真正到达火星进行正常工作的探测器只有6次。这6次都是美国发射的，它们是1975年登上火星的“海盗1号”、“海盗2号”，t997年登上火星的“火星探路者”号、2004年登陆的“勇气”号和“机遇”号及2008年登陆的“凤凰”号火星探测器。