印度火星探测器起航

□ 冥王星

11月5日，印度用极轨卫星运载火箭-C25成功发射了本国研制的第一个火星探测器——“曼加里安”火星探测器，主要任务是研究火星表面、大气和矿物特征；探寻火星上是否有甲烷以及生命迹象；拍摄火星照片；绘制火星表面地图；研究火星环境。

发射：有惊无险

“曼加里安”火星探测器原定于10月28日（其发射窗口为2013年10月21～11月19日）从印度南部安德拉邦的斯里哈里科塔发射场升空，但在10月22日，印度空间研究组织表示，由于海上跟踪系统的定位问题（印度派了两艘测控船到斐济附近的太平洋海域跟踪火箭，但其中一艘船只由于恶劣的天气原因而没有及时到达），决定推迟到11月5日发射。

11月5日的发射还算顺利，但这次发射是印度“极轨卫星运载火箭”发射史上火箭飞行时间最长的一次，一共飞行了44分钟，而以往最长只有18分钟，这主要是在第三级火箭关机和第四级火箭点火之间有长达25分钟的滑行阶段，以便把“曼加里安”精确送入近地点246.9千米、远地点2356千米的地球轨道。其原因是印度的“极轨卫星运载火箭”运载能力较低，虽然由四级组成（第一级为固体火箭并捆绑6个固体助推器，第二级为液体火箭，第三级为高性能固体火箭，第四级为液体火箭），但其极轨运载能力最大也只有1.8吨，近地轨道运载能力仅为3吨多，地球同步转移轨道运载能力不到1吨。这主要是由于该火箭直径较小，不到3米，而且有两级使用推力较小的固体火箭，两级液体火箭也使用推力不大的常规推进剂，印度目前还没掌握推力较大的低温液氢液氧发动机技术。所以，发射成功只是印度火星探测迈出的一小步，要想成功探测火星，还要看它未来是否能经受的住此后几大难关的考验。

“曼加里安”刚一上天就已经历了一次有惊无险的考验。它进入地球同步轨道后分别于11月7日、8日、9日连续完成3次变轨，但在11日的操作中，由于发动机故障，缺乏足够动力，未能将探测器的远地点提升至距地10万千米的所需高度，只达到7.83万千米。不过，通过排除故障，“曼加里安”已于12日凌晨5时3分再次点火，这一过程持续5分钟左右，使探测器的远地点高度提升到距地11.86万千米，速度增量提高到每秒124.9米，达到计划要求的高度和运行速度，从而转危为安。

印度空间研究组织公布的“曼加里安”火星探测器轨道，最外层的蓝色线为最后一次变轨后的轨道，距地球超过10万千米

“曼加里安”进行热真空试验

目标：亚洲第一

据悉，“曼加里安”的研制只用了15个月的时间，耗资仅为45亿卢比（约合7300万美元），人们不禁要问：印度火星探测器技术真能“多、快、好、省”吗？其实不然。

印度空间探测技术目前还处在初级阶段，只是在2008年发射过一个名为“月船”1号的月球探测器，而且在该探测器上的11台科学探测仪器中有6台是国外提供的。另外，其设计寿命原定为2年，但实际只工作了10个月就因故障提前结束了使命。此次印度之所以在基础薄弱、资金有限、时间很短的情况下发射火星探测器，主要是为了争夺“亚洲第一”，因为印度在人造卫星、载人航天、运载火箭、月球探测等所有航天领域还没拿过“亚洲第一”。虽然日本“希望”号和中国“萤火”一号火星探测器先后在1998年和2011年升空，但都因技术原因没能成功探测火星，因此火星探测目前在亚洲还是一个空白。目前成功探测火星的国家只有苏联、美国和欧空局。

为了节省经费，并在短期内研制出“曼加里安”，印度的火星探测器并不十分先进，没有什么特色。它的工程目标是：验证火星探测器设计、规划、管理和运行所需的各项技术，比如火星探测器各阶段的导航技术、火星探测器在出现意外情况时的自主运行能力、用于轨道和姿态计算与分析的力学模型和算法、从地球轨道到日心轨道再到火星轨道所需的轨道机动技术、使火星探测器满足所有阶段的功率、通信、热控和有效载荷运行的要求。它的科学目标是：研究火星的气候、地质、起源和演变以及火星上可维持生命的元素，然而这些都是美欧火星探测器已完成过的任务。

测试中的“曼加里安”

整流罩内的“曼加里安”

整流罩合罩

不过，在推进系统、电源系统和通信系统等方面，印度的“曼加里安”比其“月船”1号更为先进。“曼加里安”的尺寸与一个标准冰箱差不多，重1340千克，其净重为500千克，其他为燃料质量。它采用双组元推进系统，发动机推力为440牛。姿态控制采用4个反作用轮和8台22牛推力器。其太阳电池翼由3块太阳电池板组成，每块尺寸为1.4米×1.8米，进入火星轨道后功率为840瓦；此外，还装有1个36安时的锂离子电池组。“曼加里安”装有高增益天线（直径2.2米）、中增益天线、低增益天线各1副。

如果能进入地-火转移轨道，“曼加里安”将在深空中飞行大约10个月，于2014年9月24日进入近火点372千米、远火点80000千米的椭圆形火星轨道。

这次，“曼加里安”携带的5台的科学探测仪器都是本国自行研制的，总重量为15千克，分别是：测量火星大气中的氢原子量（探查火星上层大气逃逸过程，此前的火星任务显示火星上曾经存在水，印度将探测为什么火星会失去原有的水和二氧化碳）的莱曼-阿尔法光度计；用于探测火星甲烷的火星甲烷探测仪（甲烷可能隐藏着火星曾经拥有或可能依然拥有生命的线索）；研究火星上层大气中性成分的火星外大气层成分探测器分析仪；拍摄火星表面的火星彩色相机；测绘火星表面成分和矿物特征的火星红外光谱探测仪。

近日，美国“好奇”号未能探测到甲烷气体的痕迹（甲烷是碳基生命的一个明显的副产品），但是来自盖尔陨坑的发现，这并不能排除甲烷会在火星其他地方存在的可能性，所以这就有可能为印度“曼加里安”提供创造亮点的机会。

此外，“曼加里安”还有机会见证一个十分稀有的天文现象——彗星与火星的相撞：2014年底，彗星2013 A1可能会撞入火星，可能会激起大量的尘埃云。

在印度新德里，人们观看“曼加里安”火星探测器发射的实况转播

发射成功后，印度空间研究组织主席拉达克里希南（前排中）手拿“曼加里安”火星探测器模型以示祝贺

前途：需迈多道坎

由于印度火箭推力较小，这就给“曼加里安”压了很重的“担子”。该火星探测器不能靠火箭推力直接进入地火转移轨道，因为其速度达不到11.3千米/秒的第二宇宙速度，这需要靠探测器自身的发动机在地球轨道运行时多次点火加速才能逐渐达到第二宇宙速度。为此，“曼加里安”不仅要消耗许多携带的燃料，还要在地球轨道上运行20～25天。另外，进入地-火转移轨道时对火星探测器的速度、位置、时机和方向都有很高的要求，否则会像错过高速公路的出口一样无法在预定时间进入地火转移轨道，最终错过与火星交会的机会。

即使进入地-火转移轨道，“曼加里安”在飞往火星的旅途中也充满风险。因为行星际飞行是一个漫长的过程，从火星探测器上发出电波，经过几亿千米的路程传到地球时信号变得十分微弱，再加上宇宙空间存在着各种各样的噪声，所以很容易把传输信号淹没掉。此前，苏联、美国和日本的部分火星探测器都曾由于中断联系而失落在太空。印度的深空测控通信技术水平不高，深空测控站天线直径最大只有30多米（美国可达60～100米），所以其火星探测器不知是否能通过国际合作，借助欧洲等国外测控站迈过这道坎。

由于距离远，太阳的辐射强度大大减弱，所以对“曼加里安”的太阳电池翼也是个考验，没有充足的电力供应，也无法完成预定的火星探测任务。

在火星探测器飞往火星的途中，还要对探测器的姿态、运动方向和速度进行多次调整，即进行轨道控制和修正，才能准确地飞到火星，这些操作过程称为制导。如果由地球飞向火星的探测器，出发速度的大小有1/10000的误差（相当于每秒1米的误差），探测器飞到火星附近时就会有10万千米的偏差，即“差之毫厘，谬之千里”。所以要通过制导，不断修正航线才行。

探测器进入火星轨道是最难的一关，不少火星探测器都毁于这一步。其主要难点是必须选择适当的切入高度“刹车”。如果探测器过早“刹车”，则不能被火星的引力捕获，过晚则有可能撞到火星表面。“刹车”的强度和方向等也需精确控制，否则容易掠过火星。另外，由于从火星传到地球信号的延时单向就约为20分钟，所以不能采用遥控的方式，需提前注入指令。所以有人把进入火星轨道的难度比喻成从巴黎打一个高尔夫球，要正好落到了日本东京的某个球洞里。

所以，印度首个火星探测器要想获得圆满成功不会是一帆风顺的，需经历“九九八十一难”。