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火星快车

科普小知识2021-07-26 11:08:22
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火星快车号(MarsExpress)或火星特快车,是欧洲空间局的火星探测卫星,也是该署首次火星探测计划,于2003年6月2日发射,12月25日入轨。火星快车号包括两个部分:火星快车号卫星与小猎犬2号登陆器,小猎犬2号升后来失去联系,任务失败。快车号的卫星部分仍在持续工作,为地球带来更多高分辨率的火星拍摄图片,并已持续工作到2014年。

名称:火星快车(MarsExpress)火星轨道卫星

制造商:EADS阿斯特厄里姆公司

发射日期:2003年6月2日

发射地点:哈萨克斯坦,拜科努尔

轨道:258公里×11560公里(160英里×7183英里),轨道倾角86.3°

运载火箭:联盟—Fregat

结构尺寸:15米×1.8米×1.4米

1、探测计划


火星快车号

2003年6月2日,“火星快车”计划将利用俄罗斯联盟号运载火箭从哈萨克斯坦的拜科努尔发射场发射升空。这是因为当年的8月27日,火星距离地球不到55,758,006千米,是大约73,000年来火星距离地球最近的时刻。这意味着探测器只需要6个月就可以到达火星。

火星快车包括两部分,即“火星快车”轨道卫星和“小猎犬2号”登陆器(主要由英国开发)。“小猎犬2号”的形状有些像闭合着的蛤蜊,它将在着陆后打开,以暴露它的太阳能电池板。

轨道飞行器在发射升空的6个半月后抵达目标,然后绕火星飞行约2年时间,实施探测计划;着陆器则在轨道飞行器抵达目标的前5天开始与飞行器分离,借助降落伞和大型气囊在指定地点着陆。本次着陆器采用的是英国研制的“小猎犬2”,其主要任务是探测火星局部表面。

2、任务目标


火星快车号的地面接收站

“火星快车”主要任务:

1、给火星拍摄高清晰度“写真集”;

2、寻找火星上可能存在的水、矿物。到达火星轨道之后,“火星快车”会展开一对长20米的雷达天线。雷达发出的低频无线电波可以穿透火星地表,使火星表面下的水现形;

3、研究火星气候;

4、充当“中间人”,把火星着陆器传回的信息发回地球。

3、结构特点

欧洲“火星快车”计划由两部分组成:轨道飞行器和着陆器。

轨道飞行器

即火星快车的卫星部分。

着陆器


美国飞船拍摄到的小猎犬2号

“小猎犬2”除装有2个圆柱形可折叠太阳能电池板外,还装备了一个岩石钻头,一个深钻钻头,一台立体照相机和2台光谱仪,这些设备均安装在一机械臂上,该机械臂可以80厘米半径旋转。全部重量为30公斤,而美国1976年发射的火星探测器Vikiing重达599公斤,从器件微型化角度看,这里面凝结着科学家和工程技术人员的大量心血。“小猎犬2”着陆器将对火星表面的沙、尘进行采样分析,采样深度为1·5米。

“小猎犬2号”于2003年12月19日从“火星快车”上分离,并于25日以弹道式进入火星大气层。它原计划在展开降落伞和气囊后降落在伊希地平原,但是却没有收到它发出的任何信号,这颗登陆器宣告丢失。2015年1月,英国航天局局长大卫·帕克尔(DavidParker)证实,已失联12年之久的小猎犬2号(Beagle2)火星探测器已经找到。美国宇航局(NASA)一艘轨道飞船拍摄的图像显示,小猎犬2号早于12年前就已经成功登陆火星。小猎犬号的设计中包括了一系列安装太阳能板的“花瓣”,而图片显示这个系统没有充分打开。这正是为什么控制台无法与小猎犬2号建立通信联络的原因,通信天线就在太阳能板下面。

4、有效载荷


火星快车号

火星快车号的科学仪器酬载总重为116公斤。

光学与红外矿物光谱仪(法语:ObservatoirepourlaMinéralogie,l'Eau,lesGlacesetl'Activité,OMEGA):由法国负责,OMEGA可以分辨率100m/pixel判断火星表面矿物成分。

紫外与红外大气光谱仪(UltravioletandInfraredAtmosphericSpectrometer,SPICAM):由法国负责。测定大气成分。

地表下探测雷达/高度仪(Sub-SurfaceSoundingRadarAltimeter,MARSIS):由意大利负责。是雷达高度仪。用来决定地表下组成,尤其是水冰。

行星傅立叶光谱仪(PlanetaryFourierSpectrometer,PFS):由意大利负责。观测气温与气压(2005年9月暂停)。

太空等离子与高能原子分析仪(AnalyzerofSpacePlasmasandEnergeticAtoms,ASPERA):由瑞典负责。观测火星高层大气与太阳风交互作用。

高分辨率立体相机(HighResolutionStereoCamera,HRSC):由德国负责。对火星表面拍摄最高分辨率2m/pixel的彩色影像。

MarsExpressLanderCommunications(MELACOM):由英国负责,做为火星快车号与火星表面登陆器联络用。可和火星探测漫游者和凤凰号火星探测器通讯。

火星电波科学实验仪(MarsRadioScienceExperiment,MaRS):使用通讯次系统的电波讯号研究火星大气、表面、地下、重力场以及在火星合(Solarconjunction)的时候观测日冕密度。

一个观察小猎犬二号脱离的摄影机。

5、任务历程

2003年


火星快车号拍摄的火星阿门瑟斯高原东南角地区的高分辨率立体图像

“火星快车”轨道卫星于2003年12月25日进入250公里×150000公里(155英里×93208英里)的轨道。发动机点火4次之后,卫星调整到了近极运行轨道。由于雷达实验装置所装备的长长的鞭状天线需要展开,雷达探测活动的开始时间比原计划推迟了将近两年。这部雷达于2005年7月4日开始进行科学实验活动,并返回了第一组地下探测数据。

2004年

2004年,当时“火星快车”号探测器的紫外线和红外线大气层光谱仪发现火星极光的存在。

1月23日,ESA宣布在OMEGA于同年1月18日的光谱资料中,发现火星南极冠有水冰。

1月28日,MarsExpress到达最终环绕科学轨道

3月17日,确定火星极冠有85%的干冰和15%的水冰。

3月30日,宣布在火星大气层内发现甲烷。虽然甲烷含量相当少,这对于科学家是极大的鼓舞。因为甲烷从火星大气层逃逸的速度很快,这代表至今仍有固定的来源向火星大气层释放甲烷。因为甲烷的来源可能是微生物,现已计划判定资料可靠性和探测火星特定地区,希望能找到甲烷的固定来源。

4月28日,ESA宣布MARSIS的天线延迟使用。

7月15日,公布从PFS的资料中发现火星大气层中含有氨。就像是先前从火星大气层中发现的甲烷,氨在火星大气层中逃逸速度相当快,必须要随时补充。这指出生物或地质作用活动仍存在,但仍有待发现。

2005年

2005年,ESA的科学家报告在OMEGA(光学与红外矿物光谱仪,英语:VisibleandInfraredMineralogicalMappingSpectrometer,法语:ObservatoirepourlaMinéralogie,l'Eau,lesGlacesetl'Activité)的资料显示在火星上存在水合硫酸盐、硅酸盐等多种造岩矿物。

2月8日,ESA传送“绿灯”讯号给延迟部署的MARSIS天线。计划在2005年5月初启用。

5月,第一个MARSIS的天线成功展开并部署完成。一开始没有任何问题,但之后发现其中一部份并未锁定。第二个天线的布署将延后以进行进一步的问题分析。

5月11日,利用太阳的热能使MARSIS天线的元件膨胀,最后一部分成功锁定。

6月14日,第二个天线部署完成;6月16日ESA公布已成功部署。

6月22日,ESA公布MARSIS已经可以进行操作,并且将在不久后取得资料。第三个天线在6月17日成功部署,并在6月19日成功完成通讯测试。

2006年

9月21日,MarsExpress的高分辨率立体相机(HighResolutionStereoCamera,HRSC)取得塞东尼亚区的资料,这是有名的“火星人脸”所在地。这区域因为1976年NASA的海盗1号拍摄的照片而闻名。MarsExpress拍摄的照片分辨率约13.7m/pixel。

12月,在NASAJPL的火星全球探勘者号(MarsGlobalSurveyor,MGS)失联后,MarsExpress团队被要求配合寻找的行动,但不成功。

2007年

1月,首次和NASA/SPL的合作进行以支援NASA将在2008年5月登陆的凤凰号。

2月,一个原本只用于观察登陆艇脱离的摄影机VMC已经重新启用,第一个任务就是让学生参与"CommandMarsExpressSpacecraftandtakeyourownpictureofMars"。

2月23日,因为MarsExpress传回大量重要的科学资料,ESA的ScienceProgramCommittee(SPC)决定将任务延伸到2009年5月。

6月28日,MarsExpress的高分辨率立体相机(HighResolutionStereoCamera,HRSC)在火星的艾奥利斯桌山群拍摄到了板块运动的特征。

2008年


火星快车号

MarsExpress团队获得亚瑟·克拉克爵士奖中的BestCorporate/TeamAchievement。

2009年

2月4日,ESA的ScienceProgrammeCommittee将火星特快车的任务延伸到同年12月31日。

10月7日,ESA的ScienceProgrammeCommittee确定将火星特快车的任务延伸至2012年12月31日。

2010年

3月5日,飞越火卫一以测量其重力。

2012年

2月,“火星快车”号飞船发回了这个红色星球的部分表面曾经覆盖着海洋的强有力的证据。这次发现的沉积物是火星上曾经有水的进一步的证据。研究人员说火星可能曾经覆盖过两次海洋,一次是40亿年前,当温暖的条件盛行时;另一次是30亿年前,当地下冰融化时。

2013年

1月,欧洲航天局公布了一组“火星快车”探测器拍摄的令人吃惊的照片。照片展示了火星上一条大型河流的遗迹——长900英里(约合1500公里),宽4英里(约合7公里)的河道。这一发现进一步证明火星曾是一颗湿润的星球。

11月,欧洲航天局的“火星快车”号飞船利用雷达探测到海床沉积物的迹象。并且将相关数据传回地球,这是可以证明这颗红色行星表面曾经被海洋覆盖的最新有力证据。

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