基本介紹
- 中文名：海盜號火星探測器
- 長：5.08米
- 重：3530千克
- 登入艙重：1200千克
探測器簡介,背景介紹,實踐結論,海盜1號,海盜2號,軌道器,著陸器,最終逐一失效,錯過火星生命,誤殺火星生物,
探測器簡介
1975年8月20日和9月9日,美國發射了兩個海盜號探測器，用於探索火星上有無生物。這兩個探測器由軌道飛行器和登入艙組成，長為5.08米，重3530千克，其中軌道飛行器重2330千克，登入艙重1200千克，用三腳支撐，裝有生物化學實驗箱、測量挖掘設備、兩台電視攝像機、機械手和電源。 海盜1號和2號分別於7月20日和9月3日在火星表面軟著陸成功。
海盜號探測器
海盜號探測器背景介紹
火星是一個謎一般的行星，19世紀後期至20世紀前期，“火星運河”、“火星人”等一度被傳得沸沸揚揚，科幻小說家所著的《大戰火星人》之類的小說也廣為傳播。人類進入空間探測時代後，火星理所當然成了十分吸引人的探測目標。繼前蘇聯發射幾艘“火星號”探測器和美國發射“水手9號”探測器探測火星之後，美國又在1975年啟動了2艘“海盜號”探測火星的計畫。
1975年9月9日，美國發射了“海盜2號”火星探測器， 在繞火星進行了長時間的探測之後，它又放出火星著陸器於1976年9月30日在火星表面軟著陸。在這之前，1975年8月20曰，美國已發射了“海盜1號”火星探測器環繞火星探測，該探測器於1976年7月20日放出火星著陸器在火星表面軟著陸。“海盜1號”和“海盜2號”像一對孿生兄弟，各方面都極為相似，甚至它們降落在火星表面的著陸器的結構幾乎完全相同。兩艘“海盜號”在繞火星探測期間，發回了數萬張火星表面圖像的傳真照片，它們所放出的著陸器在火星表面著陸後，又發回了著陸地附近火星表面的大量近距傳真照片。
兩個“海盜號”火星探測器在火星著陸
兩個“海盜號”火星探測器在火星著陸實踐結論
兩艘“海盜號”的探測表明，火星是一個荒涼的世界。其表面也有環形山，但比月面上要少得多，還有大峽谷、山脈以及蜿蜒曲折、外貌酷似河床的結構物。由於火星表面大氣極其稀薄，緊挨固體表面處的大氣壓相當於地球上海拔3萬米高度處的大氣壓，一旦有液態水存在，就會立即蒸發光。所以現在這些“河床”中肯定沒有液態水。火星表面的水，很可能與固態二氧化碳一樣，被凍結在南北兩極的極冠中。
兩艘“海盜號”著陸器都有一個重要任務，即進行生物探測實驗。它們都裝有一個可以挖取火星表面之下土壤的手臂，把挖得的土壤放到著陸器的特殊實驗室中，用碳14作示蹤原子，並用氣相分析分光儀來尋找有機化合物的痕跡，結果未能找到有微生物存在的跡像。但是，火星表面大量酷似乾涸河床的結構物似乎表明，火星在過去遙遠的地質年代中，當時表面大氣壓比現今高得多，表面溫度也比現今高，很可能有大量的液態水在這種“河床”中流動。現今觀測到的河床結構物很可能正是那時火星上洶湧澎湃的江河。有人認為，那個時候火星上是一個有生命的世界。至於目前火星上是否還有生命存在，儘管在兩艘“海盜號”之後，美國又多次發射探測器探測火星，但這個問題至今還沒有確切的結論。
海盜1號
海盜1號於1975年8月20日在佛羅里達的坎培拉海角由TITAN 3E-CENTAUR D1型火箭發射升空。探測器於1976年6月19日進入火星的軌道，著陸裝置於1976年7月20日在Chryse平原斜坡著陸成功。
接著， 它立即投入了事先編好程式的尋找火星微生物的工作中去（人們仍在爭論：火星上是否有生物存在）， 並存發回了難以置信的周景全彩色圖。科學家由此知道了原來火星的天空是略帶桃粉色的，並非是他們原先所想的暗藍色（天空是粉紅色，因為稀薄大氣中的紅色塵粒反射太陽光所致）。 著陸器在一片紅色沙地上著陸，大圓石向四周延伸，使得它的照相範圍最遠。
攜帶著陸器的海盜1號軌道器美國宇航局發射的“海盜1號”和“海盜2號”宇宙飛船在火星表面著陸。安裝在“海盜1號”和“海盜2號”宇宙飛船上的儀器提供了大量關於火星大氣及其表面的頗有價值的資料。採用生物學實驗的方式在火星土壤中發現了奇特的化學元素，但並沒有確鑿的證據表明火星上存在生命或其它的有機化合物。很明顯這顆行星的表面是貧瘠荒蕪的。這種說法20年後受到了挑戰，因為美國宇航局宣稱，針對落在地球表面的火星岩石進行的研究最終發現了微生物化石。
海盜2號
海盜2號（VIKING 2）的目標是探測火星大氣結構及組成以及尋找是否有生命的跡象。 包含海盜2號（VIKING 2）軌道太空船以及無人登入艇，自卡納維爾角以泰坦（TITAN 3E）運載火箭發射升空，其主要任務與海盜1號相同，均為取得高清晰度的火星地表照片，並探測火星大氣結構及組成以及尋找是否有生命的跡象。1976.8.7海盜2號探測船進入環繞火星的軌道中，大約一個月後，無人登入艇亦成功地自軌道探測太空船脫離而於1976.9.3以軟著陸的方式到達火星地表，進行火星地表影像之拍攝工作。
海盜號探測器模擬圖由海盜1號及海盜2號軌道太空船所做的觀測，對於火星地形了解有極大的幫助，而無人登入艇並傳回約1400張以上之火星地表影像。 由照片之分析可知，火星上空有許多灰塵，而使天空呈現粉紅色，另外火星地表的紅色系由於大氣中含有氧化鐵所致。 環繞火星軌道706周後，海盜2號軌道太空船於1978.7.25停止傳送資料；而無人登入艇也在1980.4.11失去聯繫。
軌道器
攜帶著陸器的海盜號軌道器軌道器的主要功能是運送著陸器到火星，偵測定位以確認著陸地點,為著陸器進行通訊中繼，以及進行其自身的科研項目。 軌道器基於較早的水手9 太空飛行器，其橫截面為約2.5米的八邊形。總重2328千克，其中1445千克為推進劑和姿態控制氣體。軌道器總高度3.29米。 四個太陽能電池翼沿軌道器軸對稱布置，相對的太陽能電池翼展寬為9.75米。每個翼板上安裝兩塊1.57 ×1.23米麵積的太陽能電池板，太陽能板由34，800塊太陽能電池構成，在火星可提供620瓦特功率。電能也貯存於兩個30安時鎳鉻電池。 主推進器為使用二元推進劑（甲基肼和四氧化二氮）的液體火箭發動機。發動機推力1323牛頓，換算為Delta-V為1480米/秒。發動機可雙軸擺動9度。
姿態控制由12個小壓縮氮噴嘴、太陽尋獲感測器、巡航太陽感測器、老人星跟蹤器和由六個三軸穩定陀螺儀構成的慣性部件和兩個加速計。
科學儀器包括成像、大氣水蒸氣、紅外熱成像裝置安裝在具有溫度控制的指向性掃描平台中。科學儀器總重72千克。太空飛行器的發射機也進行無線電科學研究。
指令處理經由各自獨立的兩個同樣的數據處理器，各具有容量為4096字的存儲器用於存貯上行命令和已獲取的數據。
著陸器
卡爾.薩根與海盜號著陸器模型
海盜2號著陸器拍攝的火星表面著陸器是六面的鋁質結構， 每面1.09米高，0.56 米長。由三條支撐腳支持。三個支撐腳構成邊長2.21米的等邊三角形。著陸器由兩個鈽-238放射性衰變電池供電。電池安裝在著陸器基礎結構兩側，由防風板覆蓋，高28厘米，直徑58厘米。可提供4.4伏特，30瓦特的連續電源。四個8安時28伏特蓄電池提供峰值負荷。 推進由使用單組元聯氨推進劑的火箭發動機提供。發動機噴嘴共12個，排列成四組。三組噴嘴可提供32牛頓推力，產生Delta-V180米/秒。這些噴嘴也通過推力控制進行移動和旋轉控制。下降與著陸由三個（安裝於基座的長邊，呈120度分離布置）具有18個噴嘴的單組元聯氨推進劑發動機提供動力，推力於276牛頓至2667牛頓間可調。聯氨推進劑經過淨化，以防污染火星表面。著陸器於發射時攜帶86千克推進劑，盛裝於2個鈦質燃料箱中。燃料箱安裝於放射性衰變電池風擋的兩端。
卡爾.薩根與海盜號著陸器模型著陸器控制經由慣性部件、四個陀螺儀、空氣減速裝置、雷達高度表、下降與著陸雷達和推力控制。 發射後與進入火星大氣層前，著陸器被熱護盾保護。熱護盾用於著陸器進入大氣層時進行氣動減速，也用於防治地球微生物污染火星表面。出於防範微生物污染考慮，著陸器經過7天華氏250度“烘培”消毒。發射時，一個“微生物防護罩”包裹著熱護盾，直到半人馬上面級將軌道器/著陸器聯合射出地球軌道後拋棄。這個為海盜號計畫開發的行星保護方法也用於其他任務。
通訊經由一個20瓦特S波段發射機和兩個20瓦特行波管放大器。一個雙軸穩定高增益拋物面天線安裝在基座一側的吊竿上。一個全向低增益S波段安裝在基座上。二者均可直接與地球通訊。一個UHF波段（381MHz）天線提供由軌道器中繼的單工通訊。數據存儲於40兆位容量的磁帶記錄器中。著陸器計算機具有6000字容量的存儲器用於指令存貯。
儀器
儀器包括：兩個360度圓柱掃描相機安裝在基座長邊附近、自中部伸展的
帶有收集探頭的採樣臂、溫度感測器、磁體、氣象探測器。地面溫度感測器、風向、風速感測器裝置於一條支撐腿上。地震感測器、磁體、相機測試目標、放大鏡安裝在相機背側，接近高增益天線。生物學實驗設備、氣像色譜分光鏡和X射線螢光分光鏡安裝在環境控制隔間中。氣壓感測器安裝在著陸器底部。科學儀器總重91千克。海盜項目共耗資10億美元。
“海盜2號”的火星著陸器
“海盜2號”的火星著陸器最終逐一失效
海盜號計畫結束於1983年5月21日
太空飛行器 | 抵達日期 | 失效日期 | 持續運作時間 | 失效原因 |
海盜1號軌道器 | 1976年6月19日 | 1980年8月7日 | 4年1月19天 | 姿態控制推進劑耗盡後關閉 |
海盜1號著陸器 | 1976年7月20日 | 1982年11月11日 | 6年3月12天 | 錯誤的地面控制信息清除了天線位置數據 |
海盜2號軌道器 | 1976年8月7日 | 1978年7月25日 | 1年11月18天 | 推進系統推進劑泄漏後關閉 |
海盜2號著陸器 | 1976年9月3日 | 1980年4月11日 | 3年7月8天 | 電池失效後關閉 |
錯過火星生命
30年前，美國航天局先後發射了兩個“海盜號”火星探測器來尋找未知的火星生命，但是“海盜號”在火星表面的實驗沒有任何收穫。不過近日，有學者提出當初“海盜號”的設計存在嚴重問題，由於它的敏感性不足，因此很難辨別出潛在的火星生命體。
當初，“海盜號”探測器的考察暗示了一些帶有消化器官的分子組織存在的可能性，但是科學家用“海盜號”的氣相色譜分析儀(GCMS)隨後進行的土壤加熱分析卻否決了生命物質的存在。當時科學家的解釋是過氧化物的大量存在讓火星的土壤變得異常。這次失敗的經歷讓很多科學家一度打消了火星存在生命的念頭。
1976 年夏天，人類的觸角第一次觸及到另一顆行星的土壤。兩個海盜號探測器從它們的著陸地點挖掘了土壤樣本，並將這些樣本倒入從地球帶來的分析設備中。在這些分析儀器中技術最先進的也許就是氣相色譜 - 質譜聯用分析儀（GC-MS）了，它的主要作用是探測火星土壤中是否存在有機化合物。但在運轉了幾個月之後，它沒有發現任何生命跡象。氣相色譜-質譜聯用分析儀是一種專門用來探測有機分子混合物中不同成分的儀器。當樣本穿過色譜儀時，由於小分子運動得快，大分子運動得慢，管道中的化合物會以大小排序，進入質譜儀，進行整個分子或者分子碎片的質量測定。當海盜號抵達火星後，科學家們期望能發現有機化合物。火星表面布滿的環形山表明它曾經遭受過多次隕石的轟擊，在地球上，20 世紀 60 年代人們就已經在一些隕石中發現了有機化合物的痕跡。因此，即使火星本身無法製造任何有機物，也應該能找到它們的蹤跡。因此，當時一些海盜號的研發人員擔心氣相色譜-質譜聯用分析儀會淹沒在大量的有機物中。
但是，海盜號探測器發現從被加熱的火星土壤中散發出來的只有水和二氧化碳，它們或者是被土壤中的粒子捕獲的，或者就是由無機物釋放出來的。然而， 有些科學家認為火星可能確實含有一些有機物，只不過海盜號沒有探測到而已。 這些有機物可能是以苯六酸的形式存在的，當組成隕石中有機物的碳沒有被完全氧化時就會形成苯六酸。在火星這樣一個氧化環境中它非常穩定，不會進一步氧化而且難熔， 並且無法溶解在其他任何物質中。將它加熱時它也不會釋放任何的揮發物，因此海盜號可能沒有發現它。科學家們研究估計，在 30 億年的過程中,火星表面每平方米會產生 2 千克的苯六酸。但不幸的是，需要很高的溫度才能破壞苯六酸， 而其分解之後的主要產物苯恰恰是用來清洗儀器的溶劑之一。 如果海盜號能把採集來的樣本加熱到 600℃而不是500℃的話， 它們也許就能從中發現這些物質的蹤跡。 但是海盜號當時無法加熱到600℃。
分析儀器設計有誤
最近， 以墨西哥大學納瓦羅·岡薩雷斯為首的研究人員對此提出了質疑。他們通過實驗發現“海盜號”上的這種氣相色譜分析儀(GCMS)存在很大設計問題。他們發現GCMS
甚至都不能從與火星類似的地球土壤中探測出生命物質的存在，岡薩雷斯通過其他的方法探測出了智利北部的阿塔卡馬沙漠中獲取的土壤標本中含有微生物，但是GCMS卻沒有發現。這些樣本還包括來自西班牙西北部的里沃提諾河床上提取的含鐵土壤，它的成分與火星表面的土壤非常相似。 吉爾伯托·列文是長期研究“海盜號”的科學家，他一直堅持認為GCMS的檢測結果有缺陷。現在他再次站出來支持這項研究：“現在的研究結果充分證明了人類實際上已經找到了火星存在的生命，只不過我們還沒有發現具體的證據。”華盛頓州立大學的地球物理學家德克·蘇爾茲-馬庫赫認為，這項研究增加了大量的證據，現在有必要對當初“海盜號”的考察結果進行重新研究。
海盜2號著陸器拍攝的火星表面
海盜2號著陸器拍攝的火星表面火星生命仍待探索
納瓦羅·岡薩雷斯認為，人們應該採取進一步的行動來探索火星生命，畢竟到目前為止，還沒有任何實驗和研究證明火星生命的存在。目前只能確認的是火星表面確實存在有機化合物。
據悉，2009年，美國航天局將計畫建立火星實驗室，希望能夠在火星上發現微生物的存在。歐洲航天局也計畫在2011年或2013年進行一項名為“ExoMars”的火星探測計畫。
“海盜號”火星探測器
1975年，美國航天局實施了“海盜號”火星著陸探測計畫，先後發射了兩個“海盜號”火星探測器，並於1976年在火星表面軟著陸成功。“海盜號”進行了大量拍照和考察，在火星上工作時間達6年之久。這兩個探測器為探測火星生命進行了4次重要檢查和試驗。
海盜號探測器在火星誤殺火星生物
美國媒體2007年01月7日報導，有科學家發表論文稱，美國宇航局的火星探測器在30年前可能無意中已經發現火星微生物，但是由於沒有意識到，在隨後的操作中可能誤將所發現的微生物殺死。
在近期美國天文學協會的一次會議上，來自華盛頓州大學的地質學教授舒爾策-馬庫赫在一份論文中指出，1976年至1977年美國宇航局發射的“海盜號”可能無法辨認火星上能已經發現的火星微生物。 報告中指出，由於“海盜號” 在尋找的是類似地球的生命形式。這種生命形式的特點是鹽水是活細胞內部液體。由於火星表面又乾又冷，它上面生命形式的基本單位可能是由水和過氧化氫的混合物組成，並據此進化。水和過氧化氫混合物能在極短低溫的情況下保持液態，因而細胞在冰凍的情況下並不會死亡，甚至可以吸收火星上的稀薄水蒸氣。
舒爾策-馬庫赫在論文中稱，由於技術以及認知局限性，“海盜”探測器在上個世紀70年代無法識別以過氧化氫為生命基礎的火星微生物，相反可能會在無意的操作中“溺死”或者“熱死”這些微生物。
美國宇航局的官員則表示，報告中的這一點，可能有助於將來的火星探測任務，探測器將有望尋找可能存在的不同的生命形態。科學家們興奮地在新近拍攝傳回的火星照片上發現，火星上可能有過液態的水流動。據悉，美國宇航局計畫在2008年夏天將進行新的火星探測任務。
海盜1號和2號分別於7月20日和9月 3日在火星表面軟著陸成功,40分鐘後就將第一張火星彩照發回地球。它們分別在火星上工作了六年和三年，對火星進行了考察和拍照，共發回五萬多幅火星照片，解析度高達200米。四次探測有無生命存在的實驗中，沒有發現任何高級生命痕跡，從而排除了有關火星人的推測。
