基本介紹
- 中文名：中國火星探測工程
- 外文名：China Mars exploration project
- 開始時間：2016年4月22日
- 立項單位：中國國家宇航局
- 探測任務：探索火星的生命活動信息
- 發射計畫：2020年左右發射一顆火星探測衛星
火星探測的意義,探測內容,階段任務,“螢火一號”火星探測器,基本信息,發射意義,研製難點,在火星重力場探測中的貢獻,第二次立項,工程名稱和圖形標識的特點,形象大使,外國探測任務,
火星探測的意義
火星是太陽系第四顆行星，屬於類地行星，直徑為地球的一半。與地球相比，火星地質活動不活躍，地表地貌大部分形成於遠古時期。火星探測的主要科學意義首先體現在探索火星生命存在的證據，這是目前人類火星探測的重要課題之一。已有的探測結果表明，火星目前的環境不適合生命的存在，但火星上有乾枯的河川和水流的痕跡，這說明遠古時期，火星可能存在過生命。其次是對火星本底磁場長期演變的探測，這對研究地球磁場的長期演化具有重要的借鑑意義，而揭示火星磁場長期演變的規律，也有利於了解火星外部環境演變的機制。對火星大氣和氣候的演化過程的研究也是火星探測的主要目標之一，這一演變不僅關係到火星環境的變化，同時對研究火星上生命存在與消失問題也很關鍵。
目前對火星大氣的研究可以通過探測器與地球測站進行掩星測量，以及通過火星大氣探測載荷進行直接測量。最後一個重要的科學研究目標是，火星地貌和地質特徵分析及其與地球的比較分析。火星表面有密布的隕石坑、火山和峽谷，包括太陽系最高的山——奧林帕斯山和最大的峽谷——水手號峽谷。火星另一個獨特的地形特徵是南北半球的明顯差別：南方是古老、充滿隕石坑的高地，北方則是較年輕的平原。火星兩極有水冰與乾冰組成的極冠，並隨著季節消長。目前研究火星地貌的主要數據源是火星探測器傳回的遙感影像及光譜數據.
探測內容
針對火星的探測任務，主要包括探索火星的生命活動信息，包括火星過去、現在是否存在生命，火星生命生存的條件和環境以及對生命起源和地外生命的探測。
中國2020年發射首個火星探測器
中國2020年發射首個火星探測器針對火星本體的科學研究，將包括對火星磁層、電離層和大氣層的探測與環境科學，包括火星的地形、地貌特徵與分區，火星表面物質組成與分布，地質特徵與構造區劃；對於火星內部結構、成分，火星的起源與演化也將進行進一步的研究和探索。歐陽自遠表示，在以“為人類社會的持續發展服務”的總目標下，將探討火星的長期改造與今後大量移民建立人類第二個棲息地的可能性。
當前的計畫顯示，火星的探測將實行軌道器加火星車的聯合探測方式，計畫將在2020年實現火星的著陸巡視，在2030年實現火星的採樣返回。
階段任務
整個計畫共分四個階段：
中國組織實施火星探測工程
中國組織實施火星探測工程階段1：（～2009年）會對第一次任務進行充足準備，包括定立探測目標、技術研發和尋求國際合作。
階段2：（2009年2020）探測火星環境，所得的數據用作火星軟著陸之用。
階段3：2020年發射火星著陸器並攜帶一輛火星車，在火星上軟著陸。[2]
階段4：成立火星表面觀察站、發展飛行器穿梭地球與火星、並且建立火星基地供機械探測器進入。此階段的最終目標是為將來人類登入火星提供基礎，令人類可在火星觀察站中觀察火星。
“螢火一號”火星探測器
基本信息
“螢火一號”由航天科技集團公司所屬上海航天技術研究院抓總研製，攜帶電漿探測包、磁強計、掩星接收機、光學成像儀等4種探測儀器。“螢火一號”搭載進入環繞火星軌道與“福布斯-土壤”探測器分離後，雙方將配合開展掩星探測試驗。
”螢火一號“火星探測器
”螢火一號“火星探測器“螢火一號”探測器長、寬各約75厘米，高60厘米。兩側太陽帆板展開近8米，質量約115公斤，設計壽命2年。探測器上攜帶電漿探測包、光學成像儀、磁通門磁強儀、掩星探測接收機等4類有效載荷。它將對火星進行為期一年的在軌探測，其任務包括探測火星及其空間環境、揭示類行星空間演化特徵等。
螢火一號是中國火星探測計畫中的第一顆火星探測器。火星在古代被稱為“熒惑”，中國第一顆火星探測器取其諧音，命名為“螢火一號”。上海衛星工程研究所從2007年6月中俄正式簽署合作協定後，開始接到製作任務而和時間展開賽跑，原計畫2009年10月探測器正式發射，研製時間只有兩年多，這是中國自主研製的首個火星探測器的實體等大模型，它體重僅110公斤，本體長75厘米、寬75厘米、高60厘米，將攜帶照相機、磁強計等八件武器，肩負中國首次地外行星空間環境探測的重任。
“螢火一號”探測器
“螢火一號”探測器火星探測項目是繼載人航天工程、探月工程之後中國又一個重大空間探索項目，也是我國首次開展的地外行星空間環境探測活動。首個火星探測器“螢火一號”原定於2009年10月搭載俄羅斯運載火箭，與俄羅斯的“福布斯－土壤”火星探測器結伴奔向火星，但由於種種非技術原因推遲發射。陳昌亞表示，行程推遲後，由於火星每兩年才靠近地球一次，“螢火一號”須等到2011年發射。他們目的是，做好這顆探測器的延壽工作，定期檢測各個元件是否老化，確保兩年後的成功發射。
據了解，發射將採用一箭雙星方式，即“螢火一號”和俄羅斯探測器“福布斯”一起搭乘運載火箭飛向火星，到達火星軌道後再分開。探測器上攜帶有電漿探測包、光學成像儀、磁通門磁強計、掩星探測接收機等四類有效載荷。 雖然俄羅斯提供了很多幫助，但也因此帶來了局限。“由於這次是俄方設計的軌道，這給我們探測器的研究增加了許多要求，我們必須面對“長火影”（長期火星陰影）。”陳昌亞告訴記者，國際上的火星探測器一般不走赤道這種軌道，但由於與俄羅斯探測器捆綁一起，這種探測器要到火衛1必須藉助赤道軌道尋機著陸，而將“螢火一號”仍留在大橢圓赤道軌道上，從而將面臨探測史以來最長的8.8小時“長火影”。
從2007年6月開始，“螢火一號”的研製花了兩年時間，上海的科研團隊共攻克了探測器的5項關鍵技術。陳昌亞說，由於“螢火一號”搭載的俄羅斯火箭還要把該國的探測器送往火星衛星，中國的探測器不得不進入赤道軌道，這就給上海科研人員提出了很大的挑戰——“螢火一號”將面臨長達8小時48分鐘火星陰影，也就是說，它會在這段時間內得不到來自太陽的能量，周圍溫度達到攝氏零下200度以下。中國科研人員為此研發了“休眠－喚醒”技術，多次試驗表明，經過8小時48分鐘休眠後，只要加電喚醒，它所有16台單機均能恢復正常工作。而另一個難題是，火星距離地球近則六七千萬公里，遠則4億公里，與地面測控站的往返“對話”需44分鐘。因此，大多數情況下，“螢火一號”必須“自己管自己”，“螢火一號”的外太空測控技術已經完全成熟。
2011年11月8日，“螢火1號”與俄羅斯的採樣返回探測器一起發射升空，開始對火星的探測研究。11月9日，俄方宣布福布斯－土壤號火星探測器變軌失敗。受此影響，中國航天科技集團公司載人航天工程辦公室主任童旭東表示兩年內不會再有新動作。
發射意義
最神奇的還是有著“萬里傳音”本領的掩星探測技術，屆時，“螢火一號”將與俄方的“火衛一探測器”合作開展雙星對火星電離層的掩星探測，這意味著兩顆探測器雖然分處在遠離地球的火星兩端，相隔千里萬里，有可能有星體相阻隔，但是依然能通過掩星探測接收機等實現彼此之間數據的共享，從而可以實現對處在正午和子夜時的火星電離層的探測，這將填補國際上火星電離層掩星探測的空白。
“‘螢火一號’將會通過圍繞火星飛行完成探測。”陳昌亞昨天強調，不同於中國的“嫦娥”探月工程，“螢火一號”並不會登入火星的表面，而是在火星軌道上收集各種科學數據，然後通過遠距離傳輸技術，不斷把數據傳回給中國的地面科研人員。最後，“鞠躬盡瘁”的“螢火一號”將不會再返回它的故鄉，而是將永遠地留在浩瀚的太空。
研製難點
計畫第一步有兩顆探測器衛星，中方及俄方各發射一顆。中方的螢火一號原預計於2009年搭載俄羅斯的聯盟號運載火箭發射。該年6月，宣布推遲到2011年發射。2009年10月，中國也將加入探測火星的隊伍，向火星發射“螢火一號”。但真正實現“繞，落，回”三步計畫，還有很長的路要走。
在航天界，火星有太空飛行器的墳墓之稱，火星探測初期有三分之二的探測器都以失敗告終。
首先要解決運載火箭的難題，要讓探測器脫離地球引力必須達到第二宇宙速度11.2公里/秒，這樣才能確保探測器不奔向其他天體”，焦維新指出，而中國運載“嫦娥”的火箭的速度只有10.9公里/秒。（長征五號服役後這個問題可得到解決)
中俄聯合火星探測副總設計師陳昌亞指出另一個難題，探測器的信號對地面指揮尤其重要，“一旦捕獲探測器的信號，就像聽到新生嬰兒落地一樣。”但在茫茫太空，信號十分微弱，“沒有信號就無法判斷探測器是否進入軌道，也無法對探測器飛行作出調整。”焦維新說，這需要建立深空探測網，但中國還沒有建立起像美國那樣覆蓋全球的深空探測網。“僅靠我們自己的國土現有的探測網和少量的探測船是不夠的。”
探月工程時中國已經建立了一定規模的深空探測網。
在火星重力場探測中的貢獻
“螢火1號”將以小傾角大偏心率高軌道運行，主要科學目標是進行火星的電離層掩星觀測，分析研究火星電離層特徵及其與太陽風的互動作用，同時也用於研究火星重力場及其時變特徵。“螢火1號”軌道特徵有利於研究赤道區域重力場以及火星低階帶諧項係數。目前用於火星重力場模型的衛星跟蹤數據主要來自於低軌、極軌、圓軌道衛星，這一特徵的軌道主要有利於解算中高階位係數，結合MEX和“螢火1號” 兩顆大偏心率衛星軌道的跟蹤數據， 則可以改進低階項求解精度。“螢火1號”運行過程中主要受到的攝動力是火星的非球形攝動，這一軌道高度受到的大氣阻力可以忽略不計。已有的火星探測器的軌道跟蹤數據主要局限在極軌和高傾角軌道。“螢火1號” 的軌道是首個軌道面接近火星赤道面的低傾角軌道，其軌道跟蹤數據可以在軌道傾角方面對已有的跟蹤數據進行補充，有利於降低低階帶諧項係數的相關性，並且由於其運行過程中姿態調整頻率較低，飛行器主要處於自由飛行狀態，適合長弧段定軌，這有助於改進當前對火星重力場低階次位係數的了解，同時考慮到已在軌運行的MGS 、Mars Odyssey以及MRO、MarsGRACE等探測器，將可以獲得時段長度達十多年的軌道跟蹤數據。這些豐富的數據可以用於探測火星重力場低階項的時變規律，可以分辨出低階項更長周期的變化規律，這一分析將有利於進一步揭示火星表面季節性質量變遷、火星大氣運行以及兩者互動作用的機理。
第二次立項
中國計畫2020年發射一個整體金黃色的探測器抵達火星，試圖發現火星表面的外星生命跡象。
第17屆中國國際工業博覽會首次亮相這款火星探測器，它是由中國航天科技集團公司研製的中國火星探測器模型。該太空任務是發射一個探測器至火星軌道，之後發射一個較小的登入器至火星表面。
中國火星探測工程工程正式進入泰格豪雅時間
中國火星探測工程工程正式進入泰格豪雅時間上海航天技術研究院人造衛星專家牛升達解釋稱，該探測順將完成兩項任務，首次在火星軌道負責採集數據，其次勘測潛在的著陸地點。這就是為什麼此次太空任務同時裝配軌道飛行器和登入器。
中國航天科技集團公司公布了這款火星探測器設計，它由兩個主要部分構成——下方六面體為軌道器，頂部錐形結構為著陸器。此次展示的探測器模型與實物比例是1：3。
2014年珠海航展上中國航天科技集團展出了火星探測環繞器。
2014年11月9號在第十屆中國國際航空航天博覽會上展示的火星探測系統火星巡視器原尺寸模型，即俗稱的“火星車” 。
2016年1月11日，中國火星探測任務獲批准立項。
2016年8月23日，中國火星探測計畫全球征名計畫開始。
2017年1月16日，中國火星探測工程名稱和圖形標識全球徵集活動於15日在京舉行初評會議，評選出工程名稱和圖形標識前8強。8個入選工程名稱分別是“鳳凰、天問、騰龍、麒麟、朱雀、火星、追夢、鳳翔”；同時評選出8個入圍圖形標識作品。以上入圍名稱和圖形標識將於20日提交新華網、騰訊網接受公眾投票。
工程名稱和圖形標識的特點
一是體現了中華民族文化的傳承和深厚內涵。從所徵集的作品和說明中可以發現，很多作品特別是圖形標識的提交者參閱了大量書籍資料，在作品中引入了中國傳統的太極兩儀、陰陽五行、易經八卦、天人合一、天圓地方、甘石星經等思想觀念，注入了中國龍、火鳳凰、朱雀、玄武、青龍、白虎等古老圖騰，添加了麒麟、貔貅、赤兔、熊貓等文化元素，還有“盤古創世”、“夸父逐日”、“后羿射日”、“敦煌飛天”、“火神祝融”、“戰神熒惑”等神話傳說。在圖形設計上，有源於朱鳥臨星、篆刻印章、京劇臉譜、蝴蝶風箏、大紅燈籠，有中國結、蓮花瓣、渾天儀等造型演變，還有雲頭紋、幾何紋、饕餮紋、文字紋、動物紋等巧妙運用，反映了中華民族文化傳統的深厚內涵。
二是體現了火星探測工程的理念和技術特點。在提交的作品特別是圖形標識中，很多以運載火箭、發射瞬間、飛行軌跡、行星軌道、火星表征等構圖，展示了火星探測工程的基本要素；有的以多種形式表明我國首次火星探測任務，要突破火星進入、下降、著陸、巡視、遠距離測控通信等關鍵技術；還有一些以“火星臉”、探測器、火星車等構型，更直接表達了一步實現“繞、著、巡”首次任務的目標。在以火星車為基本元素的構思中，有太陽能帆板幻化的蜻蜓構型，有表達鳳凰涅槃、浴火重生鳳舞九天構型，更多以中國龍的騰飛配以其他背景代表龍的傳人造訪火星。在作品提交的說明中，表明構圖中的外星人象徵著火星探測尋找地外生命的期待，引入自由飛翔的和平鴿更是凸顯了中國和平利用太空、增進人類福祉的美好願望。
三是體現了傳統文化與現代科技的有機融合。最能代表中國傳統文化的是中國象形文字，提交的圖形標識中以甲骨文、金文、大篆、小篆、狂草、行草等多種形態的“火”字，成為最多的造型元素；以各種形態的“火”字圖形，配以代表傳統文化的各種背景，突出了極具東方神韻的文化精髓。而以“中國火星探測工程”英文字母縮寫CMEP為主體，也巧妙獨特地設計於各種不同作品，表達了意義不一、豐富多彩的含義。再以火星天文符號“♂”，加上實施首次任務的時間2020，進行各種演繹變化，還有以簡單的問號作為創作原型，體現了向天求索之意。圖形標識的色彩運用以暖色為主，但不同的圖形配以不同的顏色，其內涵表義也是千變萬化，體現了傳統文化與現代科技的交融。
四是體現了對中華民族偉大復興的美好期望。這不僅表現在中華飛天、火曜中華、華夏復興、中國夢、追夢、圓夢等工程名稱提名上，也體現在圖形標識的創作設計中，更反映在每一作品簡要說明的字裡行間。有提名工程名稱為“星火”，說明來源於“星星之火、可以燎原”論斷，既蘊含有“火星”的含義，又展示著中國航天不斷發展壯大、建設航天強國的美好未來。有以五星、國旗、長城、中國地圖等作為作品元素，以龍飛鳳舞、龍鳳呈祥、大紅燈籠作為美好願景，以創作的作品凸顯其科學創新、銳意進取、勇於攀登、追求卓越的時代精神風貌。更多提交作品的留言，突出了中國人的自信與自豪，傳達了對明天的期待與期望，彰顯了堅持創新驅動、勇攀科技高峰的決心，表達了對實現中國夢、航天夢的美好祝福！
形象大使
2017年1月16日，著名鋼琴演奏家郎朗正式成為中國火星探測工程全球徵集的宣傳推廣形象大使。
外國探測任務
1962年11月，蘇聯發射“火星1號”探測器，在飛離地球1億公里時與地面失去聯繫，從此下落不明，它被看作是人類火星探測的開端。
1965年7月，美國“水手4號”飛近火星，從距離火星1萬公里處拍攝了21幅照片。
1972年，美國“水手9號”飛船沿火星外層空間軌道飛行，成為火星的第一顆人造衛星，環繞火星軌道進行長期考察。
1998年7月，日本發射“希望”號火星探測器，但以失敗告終。
2001年4月，美國發射“奧德賽”號火星探測器，發現火星表面可能有豐富的冰凍水。
2003年6月，攜帶“勇氣”號火星車的美國“火星探測流浪者”號探測器升空。次年1月“勇氣”號火星車在火星表面成功著陸。
2008年，美國“鳳凰”號探測器成功登入火星，後失去聯繫。
2011年11月，俄羅斯“福布斯-土壤”火星探測器及其搭載的“螢火一號”火星探測器發射失敗。
2011年11月26日23時2分，美國“好奇號”火星探測器發射成功，順利進入飛往火星的軌道。
2012年8月6日， 美國“好奇號”火星探測器成功降落在火星表面，展開為期兩年的火星探測任務。
2013年11月5日，印度“曼加里安”(Mangalyaan)火星探測器從印度薩迪什亞萬發射場成功發射升空。2014年9月24日上午10點30分左右成功進入火星軌道。
2014年9月22日10時25分，美國“火星大氣與揮發演化”(MAVEN)探測器經過10個月的漫長航行，成功進入繞火星運行的軌道。
