欧俄ExoMars火星探测器

欧俄ExoMars火星探测器（ExobiologyonMars）是一个由ESA和NASA进行的非载人火星探测任务。原计划是一个火星车和固定式的研究站；原订在2011年由联盟号运载火箭发射。后来在2009年7月NASA和ESA提出的火星探测联合任务（MarsExplorationJointInitiative,MEJI）计划中，ExoMars推迟发射时间，并与另外两个计划合并成一个多探测器的计划，将使用两座AtlasV火箭发射。当地时间2016年3月14日，欧俄火星探测器在位于哈萨克斯坦的拜科努尔基地发射升空。据悉，该探测器将在火星大气中寻找可能表明微生物存在的甲烷和其他气体。预计将于2016年10月19日飞抵火星附近，行程长达4.96亿公里。

1、计划背景

欧俄ExoMars火星探测器

欧俄ExoMars火星探测计划自2000年代早期开始就碰上许多政治和财政上的问题。该计划原始概念是ESA的旗舰任务－曙光女神计划的一部份，是一台大型的机械探测车，且该计划在2005年12月由欧洲的太空相关机构批准。该计划原本在2011年发射，但该计划重要成员国意大利因为财政因素造成了该计划的第一次推迟。

2007年加拿大麦克唐纳·迪特维利(MacDonald,DettwilerandAssociatesLtd.,MDA)宣布它们获得一纸EADSAstrium的一百万欧元合约为ESA进行将用于ExoMars火星车的底盘的开发。

2009年7月NASA和ESA同意进行新的火星探测联合任务（MarsJointExplorationInitiative），明显改变了ExoMars任务的财政和技术状况。同年6月19日，当该火星车仍计划由火星微量气体任务卫星背负发射时，报告表示ExoMars可能失去足够的重量以配合与NASA的卫星一起用Atlas火箭发射

2009年8月，俄罗斯联邦航天局和ESA公布将在两个火星探测计划进行合作：俄罗斯的火卫一-土壤号和ESA的ExoMars。尤其ESA确定可在包含俄罗斯制造的酬载时使用质子号运载火箭作为ExoMars的备用的发射载具。

2009年10月，火星探测联合任务（MarsExplorationJointInitiative,MEJI）的一篇报告表示，该探测任务将分成两部份：2016年先发射一台地面测站和一颗环绕卫星；2018年再发射一台火星车。NASA在这两部分都扮演相当重要角色，其中包含了使用用两座AtlasV火箭发射。这初步计划可能明显地使技术和科学上的目标以及可支配预算达到妥协。

2009年12月17日，ESA正式批准了与NASA合作的分成两部分的火星探测计划，这个将分成两部份在2016年和2018年执行的计划预算确定为8亿5千万欧元（12亿3千万美金）。另需要在2011年底或2012年初ESA的会议上请求批准1亿5千万欧元的预算以执行任务。但不同于一些ESA的计划，ExoMars的预算将不含20%的保证金超支。

ExoMars任务最初是欧洲空间局和美国宇航局之间的一个合作项目。但由于美国宇航局预算受限，美国*于2012年退出了合作，并不再提供“宇宙神”火箭进行发射。此后，欧空局请求俄罗斯提供运载火箭，但俄罗斯却提出望完全参与实施该项目。

2012年4月6日，俄罗斯航天局局长波波夫金和欧空局局长多丹在莫斯科举行会晤，双方就ExoMars合作计划达成合作意向协议，并于2013年3月签署最终协议，确定双方资金分配和拨付、相关企业间责任分配，俄罗斯航天局代替美国宇航局成为该项目的合作伙伴。俄罗斯航天局的副局长谢尔盖萨韦列夫表示，ExoMars火星探测器是俄罗斯和欧洲在深空探测领域开展合作的独特案例。未来，俄罗斯航天局和欧空局还将推进多项合作。

2、主要任务

ExoMars主要的科学任务如下：

寻找火星生命在过去或现在在火星上的生物标记。确定火星表面下浅层的火星上的水和地球化学分布模式。研究火星环境以研判未来载人火星任务的危险性。调查火星表面下与地下深处以更加了解火星的演化和适居性。逐步实现将火星样本取回的任务。

此任务必须发展的技术如下：

登陆火星任务的更大酬载。在火星上利用太阳能。使用钻孔机在火星表面下二米处收集岩石样本，这个深度的岩石不会受到紫外线、氧化与高能离子分解。发展探测车在火星表面探索的能力。

3、发射升空

欧俄ExoMars火星探测器

北京时间2016年3月14日17时31分，欧洲空间局和俄罗斯航天国家集团联合研制的ExoMars2016火星探测器，搭乘俄“质子”号运载火箭从哈萨克斯坦拜科努尔航天发射场升空，预计于2016年10月抵达火星，拟在着陆火星后对其大气环境进行探测。

此次发射的火星探测器由“痕量气体轨道探测器（TGO）”和名为“斯基亚帕雷利”的着陆器组成。其中TGO可检测火星大气中的甲烷和其他痕量气体，以及火星土壤中固态水的分布，为火星存在或曾经存在过有机生命提供有力证据。着陆器则主要测量火星表面的大气颗粒、风速气温等数据，也为后续发射的火星漫游车做技术准备。

按照计划，火星探测器将飞行约7个月时间，10月16日轨道器与着陆器进行分离；10月19日轨道器进入火星环绕轨道，着陆器进行着陆；在进行点火制动后轨道器将进行为期半年的火星大气制动，拟于2017年中期开始进行相关科学试验。

ExoMars任务的第二阶段将向火星发射俄制着陆平台和欧空局研制的火星车，核心任务是利用火星车携带的钻探工具和仪器对火星土壤进行钻孔分析。科学家们相信，在数米厚的火星土壤层下可能会发现有机生命体存在的痕迹。第二阶段任务很可能要推迟到2020年进行，目前欧俄正就该问题进行讨论。

4、专家解读

欧俄ExoMars火星探测器

北京时间2016年3月14日，“ExoMars2016”火星探测器发射升空。这意味着欧俄联合实施火星太空生物学计划开始实施。

中国科学院国家天文台研究员郑永春说，该计划始于欧空局1999年红皮书中提出的火星生物学设想，分为两步，主要目的是寻找火星上现在和过去曾经存在生命的痕迹。整个任务预算约16亿美元，将持续到2022年12月。郑永春介绍说，“ExoMars2016”是该计划的首发探测器，主要有三大科学目标：寻找火星过去存在或现在存有生命的痕迹；分析火星次表层土壤中的水和化学环境；研究火星大气中的痕量气体成分及其来源。该探测器由痕量气体轨道器和减速着陆器组成。轨道器主要用于探测火星大气中的微量气体；着陆器用于火星表面着陆试验，为后续任务的火星着陆进行技术验证，并为其他火星任务积累经验。

按计划，“ExoMars2016”将于今年10月抵达火星。10月16日，着陆器与轨道器分离；10月19日，轨道器进入火星环绕轨道，着陆器被火星捕获，随后着陆在火星表面。郑永春说，轨道器将在距火星表面400公里高度的轨道，通过搭载的科学仪器对火星大气中的甲烷、水蒸气、二氧化氮、乙炔等多种气体进行探测，进而确定这些气体的分布区域及其来源。“这些气体是证明火星存在或曾经存在生物的标志。”他说，“相关区域也将是未来火星计划的优先着陆点。”

已有探测结果表明，火星大气含有微量的甲烷，且不同地区和不同时间的甲烷含量不同。由于甲烷在地质历史中难以长期存在，所以探测到甲烷预示着火星可能至今仍在产生甲烷。郑永春说，生物消化过程中会产生甲烷，但其他的物理化学过程也会释放甲烷气体，比如铁的氧化。因此，火星大气中的甲烷究竟是来自与生命有关的生物过程，还是与生命无关的无机化学反应，这还有待探索。

着陆器是验证火星表面安全着陆的技术平台，主要目标是验证欧洲后续火星探测任务必需的关键技术环节，如气动热力学分析、火星大气进入与减速系统设计、制导导航和控制系统设计与着陆系统设计等。它计划将一个重3千克的科学仪器包放在火星表面。

着陆器还将测量火星从高空至表面的大气参数，包括大气密度、温度、压力、风场等；测量火星强尘暴条件下的大气特征；扩展有效工程数据量，分析遥感测量数据与理论模型的差异。但郑永春表示，由于受到“由于着陆器上既没有放射性同位素电池（核电源），也没有太阳能电池板，因此它在火星表面只能依靠携带的主电池供电，其电力非常有限。”郑永春说，着陆器在火星表面的工作寿命只有4个火星日（火星日比地球日长39分35秒）。

他表示，“ExoMars2016”任务的实施，有望实现四大技术目标，包括验证将科学仪器安全着陆在火星表面的大气进入、减速和着陆技术；实现火星车对火星表面的巡视探测；实现火星次表层样品采集；实现火星样品采集、封装、转移和分析。在火星太空生物学计划中，下一步还将实施“ExoMars2018”任务。该任务以火星车为主。

郑永春说，欧空局将于2018年7月发射探测器，释放一辆火星车在火星表面着陆。火星车将携带一套钻探工具和多套科学仪器，钻探至2米深的土壤层，研究火星土壤的化学成分，以及可能存在的生命信号。“2米的深度能屏蔽火星上的严寒、干燥环境和很强的太空辐射，有利于火星生命的保存。”他说。

郑永春表示，此次发射的轨道器届时将与火星车协同探测，有望书写搜寻火星生命的新篇章。