萤火一号火星探测器

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命名由来
火星是位于地球轨道外侧最近的一颗行星，距离地球最近约为5500万公里，最远距离则超过4亿公里。由于它发出特殊的红光而令人注目。西方古代把它称为‘战神’，中国古代则称之为‘荧惑’。‘荧惑’谐音‘萤火’。因此将中国第一颗火星探测器取名为‘萤火一号’。
萤火一号实际质量为110公斤，主体部分长75厘米，宽75厘米，高60厘米；它的两侧是展开的太阳能帆板，太阳帆板展开将达到7.85米；在卫星有效载荷的主体部分，有多个探测通道，一双双“眼睛”对准火星；设计寿命是两年。 2008年4月探测器完成初样，2009年6月完成真样,2009年10月，“萤火一号”与俄方的火星土壤采样返回探测器Phobos-Grunt(简称“福布斯探测器”)一起由俄天顶－2SB运载火箭同时发射，发射地点是在哈萨克斯坦境内的拜科努尔航天发射中心 。
设计参数
功率：90 W（平均）180 W（峰值）
数据传输速率：8192 bit/s
2 x 3块太阳能电池板
组织：中国航天局
任务类型: 深空探测
环绕星体: 火星
发射日期: 2011年11月9号
运载火箭: “天顶2-SB”型运载火箭
任务持续至: 1 年
轨道倾角: 21-35°
轨道运行周期: 3 天

探测使命
探测火星的空间环境；探寻火星水的消失机制；揭示火星这样的类地行星空间环境演化的特征；与此同时，中国的“萤火一号”和同行的俄罗斯“火卫一探测器”上具有一些完全相同的火星空间环境探测仪器，能够在火星实施同时探测，研究火星电离层和太阳风的相互作用。
项目介绍
项目计划
上海卫星工程研究所从2007年6月中俄正式签署合作协议后，开始接到制作任务而和时间展开赛跑，原计划2009年10月探测器正式发射，研制时间只有两年多，这是中国自主研制的首个火星探测器的实体等大模型，将携带照相机、磁强计等八件武器，肩负中国首次地外行星空间环境探测的重任。
根据原中俄两国协议，双方确定于2009年对火星及其卫星“火卫一”进行联合探测，中方卫星将由中国设计、生产。中科院组织评审委员会认为，我卫星“萤火一号”[3]以探测火星空间环境为目标，该星与俄罗斯“火卫一-土壤”卫星，形成对火星空间环境的首次联合探测，具有很好的创新性和重要的科学意义；中俄联合火星探测计划的实施，将实现中国首次行星探测，推动卫星有效载荷研制水平的提升，增强行星探测的能力和影响力。最终，以中国科技大学王水院士为首的评审委员们一致同意通过评审。
项目进展
萤火一号原计划于2009年10月和俄罗斯的“火卫一-土壤”卫星一起搭载“天顶”运载火箭从拜科努尔航天中心发射升空。大约经历10至11个半月的飞行后，进入火星轨道。萤火一号主要研究火星的电离层及周围空间环境，火星磁场等。
据了解，中方卫星将由俄方运载火箭发射，并被送入火星椭圆轨道；其后，该卫星将自主完成对火星空间环境的探测任务。期间，俄“福布斯”火星探测器则将在“火卫一”表面着陆，提取“火卫一”土壤等样品，并返回地球。我卫星还将与“福布斯”探测器联合完成对火星环境的掩星探测。
莫斯科2009年9月29日 俄方决定将“福布斯－土壤”火星探测器的发射时间推迟至2011年10月，目的是为了进一步保证该项目实施的可靠性。“福布斯－土壤”探测器的下一个最佳发射窗口是在2011年10月，届时“探测器将可以按最短的飞行轨道抵达目标并返回”。俄罗斯“福布斯－土壤”探测项目的推迟还将影响到中国首个火星探测器“萤火一号”的发射。
项目内容
研究磁现象
因为火星空间的磁非常微弱，而“萤火一号”就是要研究相关的磁现象，为了避免研究受到探测器自身的干扰，所以“萤火一号”的材料都将做到是一律无磁。另外，不同于地球上适宜人类的气温，火星的温差将比月球还要大，所以“萤火一号”上的热控技术将受到前所未有的考验，为此探测器上的热控装置将按照最严酷的环境来设计应对考验。
任务意义
最神奇的还是有着“万里传音”本领的掩星探测技术，届时，“萤火一号”将与俄方的“火卫一探测器”合作开展双星对火星电离层的掩星探测，这意味着两颗探测器虽然分处在远离地球的火星两端，相隔千里万里，有可能有星体相阻隔，但是依然能通过掩星探测接收机等实现彼此之间数据的共享，从而可以实现对处在正午和子夜时的火星电离层的探测，这将填补国际上火星电离层掩星探测的空白。
“‘萤火一号’将会通过围绕火星飞行完成探测。”陈昌亚昨天强调，不同于中国的“嫦娥”探月工程，“萤火一号”并不会登陆火星的表面，而是在火星轨道上收集各种科学数据，然后通过远距离传输技术，不断把数据传回给中国的地面科研人员。最后，“鞠躬尽瘁”的“萤火一号”将不会再返回它的故乡，而是将永远地留在浩瀚的太空。
计划推迟
外因影响
俄罗斯联邦航天署署长佩尔米诺夫2009年9月29日说,俄已决定将“福布斯—土壤”火星探测器的发射时间推迟至2011年。佩尔米诺夫当天在俄联邦航天署官方网站发布消息说,根据俄科学院的建议,俄方决定将“福布斯—土壤”火星探测器的发射时间推迟至2011年10月,目的是为了进一步保证该项目实施的可靠性。
“福布斯—土壤”火星探测器原定2011秋天发射,是俄罗斯重要的火星探测项目,它将着陆火卫一收集土壤样本。佩尔米诺夫介绍说,俄方专家希望能够进一步掌握火卫一表面特性,以便更精确地设计用于收集土壤的设备。“如果火卫一表面的土壤太硬,那么错误的收集方法可能会导致这次昂贵的考察一无所获”。此外,俄方也无法保证探测器在飞行过程中与地面联系百分之百稳定,因此需要进一步测试。
探测项目的推迟还将影响到中国首个火星探测器“萤火一号”的发射。作为中俄首个火星探测合作项目的一部分,中国的“萤火一号”计划与“福布斯—土壤”火星探测器一起由俄“天顶”运载火箭从哈萨克斯坦境内的拜科努尔发射场发射升空。[4]
发射时间
原定2009年秋季升天的中国首个火星探测器“萤火一号”由于种种非技术原因，不得不将升天时间推至2011年。在2011年11月举行的上海第24期院士专家讲坛上，刚从俄罗斯回国的该探测器副总设计师、上海航天局研究员陈昌亚表示：“2011年，‘萤火一号’将与俄罗斯火星探测器‘福布斯’相互配合，对火星电离层开展全球首次掩星探测。”
火星与地球每15～17年有一次最近的机会，每26个月才会位于距地球最近的位置上，因此，“萤火一号”下次发射的日期为2011年。选择此时发射，探测器消耗的燃料相对较少。
陈昌亚说，通常火星探测器研制至少需要5年，但“萤火一号”只用了23个月。虽然它未能如期发射，但已在地面接受了模拟联合发射及火星环境的机电、热等所有试验的考验。为保持最佳状态，“萤火一号”将在接下来的两年里陆续更换部分零部件。
推迟发射并不是“萤火一号”之过，它在技术上已作好充分准备。它既能适应火星上超过100℃的昼夜温差，又能从休眠状态中按时苏醒。陈昌亚说，“萤火一号”在运行过程中将遭遇7次“长火影”（即火星运行至探测器与太阳之间，完全遮住阳光），零下200℃的冰冷“黑夜”最长将持续8.8小时。此时，依靠太阳能供电的探测器不得不进入休眠状态，待“日出”时分，再将16台单机加电唤醒。“萤火一号”面对的另一个难题是，火星距离地球近则六七千万公里，远则4亿公里，与地面测控站的往返“对话”需44分钟。因此大多数情况下，“萤火一号”必须“自己管自己”，这对其自控能力提出了极大挑战。好在，所有地面模拟试验证明，它已经准备好了。
除空间环境外，“萤火一号”还将对火星的地形、地貌和沙尘暴，以及赤道区重力场进行系统探测。“火星探测是中国继载人飞船、嫦娥探月工程之后又一重大航天科学计划，将带动中国深空探测技术的发展，为今后其他行星的探测打下基础。”陈昌亚说。[5]
专家回应
“萤火一号”2011年将探火星，中国探测火星工作还有难点， 但后续规划中35米和64米大口径深空站的建设，将有望解决测控方面的问题。北京航天飞行控制中心副主任、“嫦娥二号”测控通信指挥部副指挥长麻永平透露。
在谈到中国的深空探测领域工作时，麻永平透露，除“嫦娥二号”外，中国将可能发射“萤火一号”，搭载俄罗斯的福布斯卫星，共同进行火星探测。同时中国其他独立的深空探测项目也在论证中。
在谈到探索火星的困难时，麻永平表示，北京航天飞行控制中心已经对火星的轨道、火星的引力场等各方面都进行了深入研究，在测控方面已具备坚实的基础。但他也表示，深空探测除了测控能力以外，很重要的一点就是需建立深空站。而中国目前口径最大的测控站是18米，没有达到探测火星的要求。“后续规划中要建35米、64米大口径的深空站，有了这些深空站以后，我们就具备火星探测、测控的能力了。”[6]
预计发射
中俄火星探测合作谈判参与者、上海航天技术研究院卫星总师徐博明研究员2010年10月21日在北京航天城举行的主题为“火星探测”的第三届中国空间技术论坛上透露，中俄联合探测火星工程俄方“火卫一，土壤样品返回”空间飞行器(又称“福布斯”探测器)与中方“萤火一号”火星探测器，预计2011年11月由俄运载火箭同时发射。
徐博明特别指出，中俄联合探测火星工程推迟发射与中方无关，主要原因是俄方采集火星土壤样品的取土器需要改进。此外，“萤火一号”测定轨过程完全由中方独立完成。
他介绍说，“萤火一号”由“福布斯”送入绕火星的椭圆轨道后，将在绕火星的大椭圆轨道飞行，自主完成对火星空间环境的探测任务并对火星进行成像，还将与“福布斯”联合完成对火星环境的掩星探测。
徐博明归纳称，中俄联合探测火星的工程目标和科学目标均为4个方面，工程目标包括：突破火星探测器的研制技术；星地配合实现火星探测器3.5亿公里精密测定轨和数传技术；首次初步掌握探测火星的轨道设计、发射、行星际巡航、进入火星轨道及深空运控技术；初步形成与俄联合发射双星探测的合作工作机制。
科学目标分别是：探测火星的空间磁场、电离层和粒子分布及其变化规律；探测火星大气离子的逃逸率；探测火星地形、地貌和沙尘暴；探测火星赤道区重力场。[7]
发射计划
我国第一个火星探测器“萤火1号”，将与俄罗斯“火卫一·土壤”采样返回探测器一起，使用俄罗斯“天顶-2SB”火箭从拜科努尔发射场发射升空，飞向火星。
“萤火1号”在随“火卫一·土壤”升空后仍“乘坐”在其上。它们“手牵手”进入火星轨道，装在“火卫一·土壤”顶部的“萤火1号”在绕火星飞行3圈后两者分道扬镳：“火卫一·土壤”变轨到火星圆轨道上寻机登陆“火卫一”，钻取土壤样品后返回地球；“萤火1号”则在近火点(距火星最近的点)800千米、远火点80000千米、轨道倾角小于5°的火星大椭圆轨道上，履行火星探测使命。[8]
萤火发射
发射升空
2011年11月8日，“萤火1号”与俄罗斯的采样返回探测器一起发射升空，将“萤火一号”和“福布斯－土壤”送入太空的是俄罗斯“天顶－2SB”运载火箭。升空后，“福布斯－土壤”探测器上的主发动机将开始工作，并通过3次点火将两个探测器送入环火星轨道，预计全部飞行过程将历时300天左右。[9]
变轨失败
俄罗斯联邦航天署署长波波夫金于2011年11月9号在哈萨克斯坦的拜科努尔航天发射场向外界宣布，搭载有中国“萤火一号”火星探测器的“福布斯－土壤”探测器未能按计划变轨。他说：“我们度过了一个非常沉重的深夜，我们很长一段时间都无法找到这个太空飞行器。终于确定了它的位置，并且查明，其发动装置没有工作，两次点火都没有成功。”这意味着，中国的第一颗火星探测器发射以失败告终。
出现转机
11月中旬，欧洲航空联盟表示收到“福布斯－土壤”探测器发回的信号，这说明本次火星探测出现了一丝转机。
宣告失败
2011年12月2日，欧洲航天局宣布放弃尝试获取探测器信号，但同时声明表示，虽然欧洲航天局已经放弃了联络探测器的努力，但如果俄方向他们报告发现新希望，欧航局仍愿意提供帮助。
产生影响
关于搭载“萤火一号”的火星探测器发射失败对中国探知火星的进程是否会产生影响，中国航天科技集团公司载人航天工程办公室主任童旭东于2011年11月24日表示，受轨道距离影响，两年内不会再有新动作
科学价值
推迟后的中俄合作火星探测计划于2011年发射升空，并将首次综合开展具有挑战意义的深空探测行星无线电科学实验和研究。中国科技核心期刊《物理》月刊在2009年10月和11月相继出版的总第38卷第10期和11期，刊出《火星探测器 “萤火1号”专题》，以8篇系列文章系统介绍了将用于“萤火1号”火星探测任务的行星无线电科学与技术。其中，2篇由科学应用系统承担单位中科院空间中心专家撰写，6篇由VLBI测轨分系统承担单位上海天文台专家撰写。相关研究是在“863”计划和火星探测计划的支持下实施的。
据专家介绍，行星无线电科学是行星探测领域英文专业词汇Planetary Radio Science 的中文翻译，在中文里还没有固定对应的专门词汇。该项技术与科学研究，通过测量星—地链路或星—星链路之间高频率稳定度无线电波载波信号的变化，对探测器进行精密定轨、精密测量中心引力天体的质量和万有引力场数、反演中心引力天体的重力场异常、研究天体的动力学特性、通过掩星的方式探测行星天体大气物理特性随高度变化的参数剖面或者太阳风物理特性、利用地频或微波雷达探测行星内部结构和电离层特性。这次专题刊出的论文涵盖了以上多个方面。
在本次“萤火1号”探测任务中，由中科院空间中心研究员孙越强主持的中俄合作星 —星链路火星电离层大气掩星探测技术，以及由上海天文台研究员平劲松主持的探测器星—地链路VLBI和单程测速开环无线电独立测轨技术，在迄今为止的深空探测任务中尚未使用过，构成了“萤火1号”探测工程中最为关键的科学和工程技术，也是对参研人员前所未有的挑战。
“萤火1号”火星科学探测工程的推进与实施，标志着我国正式启动了飞出地月系统的深空探测历程，同时也标志着行星无线电科学正式纳入了我国行星探测的体系。[11]
火星探测史
1962年前苏联火星1号探测火星，在飞离地球1亿公里时与地面失去联系，从此下落不明，它被看作是人类火星探测的开端。
1965年 美水手4号探测器飞越火星，从距离火星1万公里处拍摄了21幅照片。
1971年 前苏联火星2号在火星着陆。
1972年 美水手9号沿火星轨道飞行成为火星的第一颗人造卫星，环绕火星轨道进行长期考察。
1974年苏联“火星6号”和“火星7号”探测器在火星着陆，探测结果没有公布。
1976年 海盗1号和2号在火星着陆。
1989年 福波斯1、2号飞往火星途中失踪。
1993年 火星观察者抵火星轨道前失踪。
1996年 俄“火星-96”发射失败。
1997年 火星环球勘探者进入火星轨道。
1997年 美火星探路者在火星着陆。
1998年 美国发射火星气候探测器。
1998年7月 日本发射“希望”号火星探测器，但以失败告终。
1999年 美发射火星极地着陆者探测器。
2001年4月 美国发射“奥德赛”号火星探测器，发现火星表面可能有丰富的冰冻水。
2003年 欧洲发射“火星快车”2009年俄罗斯探测“火卫一”。
2003年6月 携带“勇气”号火星车的美国“火星探测流浪者”号探测器升空。次年1月“勇气”号火星车在火星表面成功着陆，原定运行3个月，却超期服役数年，2009年3月22日后失去联系。
2008年 美国“凤凰”号探测器成功登陆火星，后失去联系。
2012年8月6日，美国宇航局首辆核动力火星车“好奇号”已于北京时间8月6日13时31分在火星成功着陆。