? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?航天時(shí)代?火星探索?超長(zhǎng)待機(jī)的奧德賽號(hào)

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2021-06-24? ?青野云麓? ?

進(jìn)入21世紀(jì)，開(kāi)展火星探測(cè)的已經(jīng)不僅是美國(guó)和俄羅斯，歐空局、日本、阿聯(lián)酋、印度、中國(guó)也都紛紛加入進(jìn)來(lái)，使火星探測(cè)進(jìn)入空前的高潮期。

當(dāng)然，美國(guó)火星探測(cè)的規(guī)模和取得的成果仍然大大領(lǐng)先于其他國(guó)家或地區(qū)。

在這一時(shí)期，美國(guó)確定了新 火星探索計(jì) 劃的終極目標(biāo)，并按照計(jì)劃逐步實(shí)施。

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新火星探索計(jì)劃的終極目標(biāo)

尋找生命跡象

在20世紀(jì)90年代，美國(guó)宇航局提出了一個(gè)非常長(zhǎng)遠(yuǎn)的火星探測(cè)一攬子計(jì)劃，該計(jì)劃從90年代一直延續(xù)到21世紀(jì)，當(dāng)時(shí)被稱為“火星探測(cè)三部曲”。

但是，由于經(jīng)費(fèi)預(yù)算問(wèn)題、探測(cè)器發(fā)射失敗問(wèn)題、宇航局計(jì)劃調(diào)整問(wèn)題，這個(gè)計(jì)劃并沒(méi)有順利實(shí)施。

在1993年火星觀察者任務(wù)失敗后，美國(guó)宇航局出臺(tái)了新的火星探索計(jì)劃（The Mars Exploration Program），基本內(nèi)容是運(yùn)用火星著陸器、火星軌道器以及火星漫游者巡視器等各種手段，探索火星上存在生命的可能性，同時(shí)研究火星的大氣和自然資源。

該計(jì)劃在實(shí)施初期，特別強(qiáng)調(diào)“更快、更好、更便宜”的原則，發(fā)射了多個(gè)成本較低的探測(cè)器，包括前述的火星軌道勘察者、火星天氣軌道器、火星極地著陸器等。這幾項(xiàng)計(jì)劃只有火星軌道勘察者取得了成功，其他均遭失敗。

這就促使宇航局對(duì)該計(jì)劃進(jìn)行修改，包括重新審查火星探測(cè)項(xiàng)目，降低探測(cè)器項(xiàng)目成本，增加探測(cè)器發(fā)射次數(shù)等。同時(shí)注意吸收宇航局以及各類專家的意見(jiàn)，以有限的資源開(kāi)展最為優(yōu)先、最具科學(xué)價(jià)值的項(xiàng)目。

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作為該計(jì)劃的一部分，宇航局實(shí)施了火星偵察兵計(jì)劃（Mars Scout Program），計(jì)劃發(fā)射一系列小型、低成本、不太復(fù)雜的火星探測(cè)器，項(xiàng)目成本不超過(guò)4.5億美元。

該計(jì)劃在發(fā)射了鳳凰號(hào)、HAVEN探測(cè)器后，于2010年又被撤消了。

此后，宇航局火星探測(cè)計(jì)劃又進(jìn)行了調(diào)整。2013年，火星探測(cè)計(jì)劃的后續(xù)任務(wù)基本得以確定。宇航局新世紀(jì)制定的火星探索計(jì)劃首要解決的科學(xué)問(wèn)題是：火星上是否有生命？

在我們以往火星探測(cè)的發(fā)現(xiàn)中，有一項(xiàng)最為突出：火星上可能存在液態(tài)水，遠(yuǎn)古時(shí)代自不必說(shuō)，今天也有可能保存在火星地表之下。水是生命的關(guān)鍵要素，在地球上每一處能找到水的地方，幾乎都能找到生命。

如果火星曾經(jīng)有液態(tài)水，或者今天仍然有液態(tài)水，那么人們不禁要問(wèn)，火星表面是否有任何微小形式的生命？有無(wú)證據(jù)表明火星上過(guò)去曾有生命存在？如果是，這些微小的生物今天還能存在嗎？

即使火星上過(guò)去或現(xiàn)在都不曾存在生命，那上面仍有許多令人興奮的東西。對(duì)于這顆神奇的行星和它的極端環(huán)境，人類還有很多東西需要認(rèn)識(shí)。

宇航局火星探測(cè)計(jì)劃的終極目標(biāo)是：尋找生命的跡象。

美國(guó)長(zhǎng)達(dá)60年的火星探測(cè)，在科學(xué)方面實(shí)際上主要聚焦于四個(gè)方面的使命：探測(cè)火星上是否存在水，研究火星的可居住性，探索火星上存在生命的跡象，實(shí)現(xiàn)載人火星飛行。這些重要的科學(xué)問(wèn)題也是促成宇航局制定新世紀(jì)火星探測(cè)的動(dòng)力。

當(dāng)然，圍繞上述主題，同時(shí)探索的內(nèi)容還包括火星整體的動(dòng)力系統(tǒng)，它過(guò)去和現(xiàn)在的地質(zhì)、地下、氣候、環(huán)境及其生物潛力。

該項(xiàng)目旨在描述火星的宜居性，并確定火星是否曾經(jīng)或現(xiàn)在仍有各種形式的生物?；鹦翘綔y(cè)工作所取得的發(fā)現(xiàn)將有助于為人類最終的載人火星探測(cè)任務(wù)鋪平道路。

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新火星探索計(jì)劃之奧德賽

2001年，宇航員發(fā)射了火星奧德賽號(hào)探測(cè)器（2001 Mars Odyssey），這是21世紀(jì)美國(guó)第一顆火星探測(cè)器。

這顆火星軌道器將對(duì)火星化學(xué)元素和礦藏分布進(jìn)行測(cè)繪，對(duì)氫元素的測(cè)繪有助于科學(xué)家們預(yù)測(cè)出火星地表下存在的大量水冰的位置。

后來(lái)，2007年發(fā)射的鳳凰號(hào)探測(cè)器專門前往火星北極點(diǎn)附近一個(gè)寬約50千米的淺灘尋找地下水冰，驗(yàn)證了奧德賽號(hào)的探測(cè)結(jié)果，這也是人類首次通過(guò)探測(cè)器在地球之外獲得水冰樣本。

奧德賽號(hào)后來(lái)成為宇航局的一個(gè)通信中繼站，幫助后續(xù)探測(cè)器與地球保持聯(lián)系，至今仍在兢兢業(yè)業(yè)地工作著。

? ? 奧德賽的任務(wù)目標(biāo)

奧德賽號(hào)軌道器重1608.7千克，安裝的儀器比較簡(jiǎn)單：熱輻射成像系統(tǒng)（THEMIS）、伽馬射線質(zhì)譜儀（GRS）、火星輻射環(huán)境實(shí)驗(yàn)儀（MARIE）。2001年4月7日，該探測(cè)器由德?tīng)査?925型火箭發(fā)射升空，開(kāi)始了火星之旅。

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火星奧德賽發(fā)射

截至2017年年中，火星奧德賽號(hào)保持著連續(xù)工作16年的記錄，是行星探測(cè)持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的探測(cè)器。

這是美國(guó)宇航局修改后的新火星探測(cè)計(jì)劃的第一次發(fā)射。其任務(wù)目標(biāo)旨在調(diào)查火星環(huán)境，提供其表面的關(guān)鍵信息以及未來(lái)探險(xiǎn)者可能面臨的輻射危害。

具體任務(wù)是繪制火星的化學(xué)和礦物組成圖，以此作為探測(cè)火星過(guò)去或現(xiàn)在水和火山活動(dòng)證據(jù)的一個(gè)步驟；選定未來(lái)火星著陸器-漫游年的探測(cè)目標(biāo)；尋找火星地表下一定深度存在的水，并對(duì)以往水造成沉積的礦物進(jìn)行測(cè)繪。

以前的探測(cè)表明，火星極地有冰冠、地表后以下有滲水流動(dòng)的痕跡。奧德賽的儀器將對(duì)火星地殼和大氣進(jìn)行分析，進(jìn)一步尋找水的蛛絲馬跡。科學(xué)家們將通過(guò)它的探測(cè)結(jié)果，研究火星表層的構(gòu)成和火星的輻射狀況。

奧德賽的探測(cè)結(jié)果使科學(xué)家們能夠繪制礦物和化學(xué)元素的地圖，并確定埋藏著水冰的地區(qū)。

奧德賽號(hào)地火星表面溫度的測(cè)量圖像為科學(xué)家提供了火星地形的壯觀景象。

在任務(wù)的早期，奧德賽通過(guò)測(cè)量確定火星低軌道的輻射是地球低軌道輻射的兩倍。

火星低軌道輻射的發(fā)射，是人類火星探索的一個(gè)重要成果，因?yàn)樗鼘?duì)未來(lái)載人火星飛行的宇航員健康存在潛在的風(fēng)險(xiǎn)。

奧德賽號(hào)是火星探測(cè)計(jì)劃一個(gè)承上啟下的項(xiàng)目，它還被設(shè)計(jì)成未來(lái)著陸器的接力器，即作為未來(lái)火星漫游車探測(cè)器（勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)）、火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室和鳳凰號(hào)著陸器的通信中繼服務(wù)平臺(tái)。

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奧德賽的歷史成就

2001年10月24日美國(guó)東部時(shí)間02時(shí)38分，奧德賽號(hào)在發(fā)射200天后，經(jīng)過(guò)20分19秒的發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火制動(dòng)，成功進(jìn)入環(huán)繞火星的軌道。

初始軌道為大橢圓型（272×26818千米），運(yùn)行周期長(zhǎng)達(dá)18.6小時(shí)。隨后，奧德賽號(hào)實(shí)施了一系列變軌機(jī)動(dòng)。2002年1月30日，奧德賽號(hào)進(jìn)入傾斜93.1°的近太陽(yáng)同步極軌上，軌道高度400×400千米。

2月19日，它即開(kāi)始了科學(xué)和測(cè)繪任務(wù)，任務(wù)持續(xù)時(shí)間917個(gè)地球日。在此期間，它每?jī)蓚€(gè)火星日可重復(fù)掃描一次整個(gè)火星表面。

2002年5月，美國(guó)宇航局宣布奧德賽號(hào)在火星土壤中發(fā)現(xiàn)了大量氫，這意味著在火星表面以下一米處可能存在冰。

2008年3月，該項(xiàng)目任務(wù)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)奧德賽號(hào)在火星南部的200個(gè)地方探測(cè)到鹽沉積的證據(jù)。氯化物礦物被保留下來(lái)進(jìn)一步表明，這些地方曾經(jīng)有豐富的水資源。

在2004年8月完全完成其主要任務(wù)后，任務(wù)規(guī)劃人員從2004年8月24日開(kāi)始執(zhí)行一系列延長(zhǎng)任務(wù)。

2004年、2006年、2008年、2010年、2012年、2014年和2016年，宇航局批準(zhǔn)了火星奧德賽任務(wù)的七次延長(zhǎng)，每次兩年。每次延期都致力于某一具體的探測(cè)目標(biāo)。

例如，第四次延期于2012年8月結(jié)束，主要致力于觀測(cè)極地冰、云和沙塵暴的年際變化。

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2003年10月28日，火星輻射環(huán)境實(shí)驗(yàn)儀停止工作，原因是一個(gè)計(jì)算機(jī)芯片損壞，這很可能是由于一個(gè)大的太陽(yáng)粒子轟擊事件造成的。

此外，奧德賽號(hào)一個(gè)反作用輪在2012年6月出現(xiàn)故障，但作為備份反作用輪被激活，使其工作恢復(fù)正常。

2012年8月，宇航局利用火星奧德賽上的熱輻射成像系統(tǒng)幫助火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室（MSL）項(xiàng)目選擇了著陸點(diǎn)，后來(lái)又充當(dāng)了火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的好奇號(hào)著陸器的通信中繼站。

2010年7月，宇航局宣布，利用火星奧德賽號(hào)的熱輻射成像系統(tǒng)拍攝的21000張圖像， 已經(jīng)繪制出有史以來(lái)最精確的火星全球地圖。

2010年12月15日，奧德賽號(hào)已在火星軌道上工作了3340天，打破了在火星上工作時(shí)間最長(zhǎng)的探測(cè)器紀(jì)錄。

2016年12月，由于火星運(yùn)行至相對(duì)于地球的太陽(yáng)另一面，奧德賽號(hào)“安全模式”，但到2017年1月初，它又恢復(fù)到完全運(yùn)行狀態(tài)。

奧德賽號(hào)在火星軌道運(yùn)行多年，繪制了火星表面眾多化學(xué)元素和礦物數(shù)量的分布圖，還跟蹤了火星低軌道的輻射環(huán)境，這兩項(xiàng)工作對(duì)于未來(lái)更深入的火星探測(cè)任務(wù)具有重要參考意義。

到2016年年中，熱輻射成像系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)回超過(guò)20.8萬(wàn)張可見(jiàn)光圖像和超過(guò)18.8萬(wàn)張熱紅外圖像。

奧德賽號(hào)火星軌道器的擴(kuò)展任務(wù)到2021年仍在繼續(xù)。

目前，它主要作為后續(xù)火星軌道器、著陸器和漫游車的通信中繼平臺(tái)，包括火星漫游車勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)、鳳凰號(hào)著陸器和火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的好奇號(hào)漫游車。奧德賽號(hào)的圖像和其他測(cè)量數(shù)據(jù)有助于為未來(lái)探測(cè)器和著陸器提供備選著陸點(diǎn)。