“火星奧德賽”(Mars Odyssey)探測器是NASA“火星勘測者2001計畫”中保留的探測器，該計畫最初包括2次飛行任務，分別發射軌道器和著陸器NASA後來取消了2001年的火星著陸任務，保留了軌道器任務，並將其重新命名為“2001火星奧德賽”簡稱為“火星奧德賽” 探測器於2001年4月7日用德爾它-2運載火箭從卡納維拉爾角發射。任務目標是對火星表面進行詳細的礦物學探測和研究，獲取火星氣候和地質特徵數據；探測火星表面放射性環境，研究可能對航天員構成潛在威脅的火星輻射環境；為後續的火星探測任務提供中繼服務。
2001年10月24日，探測器進入火星軌道並開始進行探測工作，獲取了火星氣象、地質地貌、表面環境等大量數據，還為2004年“火星漫遊車”(“勇氣”和“機遇”)、2008年“鳳凰”著陸器、2012年“火星科學實驗室”等火星著陸任務提供了數據中繼服務。探測器任務設計壽命3年，目前仍在軌工作。
基本介紹
- 中文名：火星奧德賽探測器
- 外文名：Mars Odyssey
- 國家：美國
- 發射時間：2001年
- 運載器：德爾它-2運載火箭
- 主要功能：火星探測
基本概況,任務目標,主要性能參數,主要有效載荷,主要成果,
基本概況
“火星奧德賽”於2001年4月7日用德爾塔-2火箭從卡納維拉爾角發射,並於2001年10月24日世界時間2點30分進入火星軌道。這個價值3億美元的飛行器是自1999年美國兩次火星探測損失慘重的失敗之後第一個發射到火星的探測器，兩年來，飛行器工作是正常的，所有科學儀器正在以正常的方式收集數據。至2003年4月7日“火星奧德賽”2周年時已經完成了近5000個軌道的繪圖。
“火星奧德賽”運行狀況如下：“火星奧德賽”於2001年4月7日發射，經過6個多月的空間旅程之後，飛行器抵達火星，主發動機點火使飛行器的速度降低，以允許它俘獲到圍繞火星的軌道上。2001年10月24日世界時間2:55“火星奧德賽”成功進入火星軌道。從2001年10月26日到2002年1月11日是大氣制動階段。在大氣制動階段，“火星奧德賽”最初注入的高度偏心的初始火星軌道藉助火星大氣的摩擦力而降低，飛行器的每一個軌道逐漸接近火星。這個軌道具有一個火星以上27000公里的最遠點和一個火星表面以上128公里的最近點。在這個階段的末尾2002年1月，最低點仍然在行星以上約120公里，最遠點被降低到接近500公里。藉助火星的大氣使飛行器在軌道上減速，而不是點火它的發動機，從而節省了約200kg推進劑。然後，攜帶的推進器被點火提升近地點，並且完成一個幾乎圓形的400公里的極軌。提升近地點的第一個操縱是在2002年1月11日成功完成，並且大氣制動階段結束。隨後是在1月15日和17日兩個軌道調諧啟動，而兩個最後的精細調諧是在2002年1月28日和30日。至此，“火星奧德賽”飛行器已經處在繪圖軌道上，並從軌道開始了科學測量，它的主要科學任務是從2002年2月直到2004年8月（917個地球日）。
任務目標
“火星奧德賽”的任務目標包括（1）建立火星表面的化學元素和礦物全球分布圖，為了解火星過去的氣候、研究火星上水的歷史以及尋找支持生命的環境提供新的證據。（2）確定火星地下淺層中氫的豐度。假如發現豐富的氫，這可能預示著水凍的存在。（3）提供關於火星表面的結構信息。（4）記錄地球和火星之間以及在低的火星軌道上的輻射環境，因為它關係到人類探查的輻射相關的危險，為人類登錄火星作先期準備。（5）作為一個通信中繼站服務其他火星探測器，如“火星偵查漫遊者”和“獵兔車”2號登錄器。總之通過對火星展開系統的測繪，收集火星土壤和岩石的組成數據，改善我們對行星氣候和地質歷史以及生命的孕育過程的了解。“火星奧德賽”的任務將延伸長於一個火星年（2個半地球年）。
主要性能參數
探測器為長方體結構，尺寸2.2m×1.7m×2.6m。探測器發射質量為725.0kg，乾質量376.3kg，肼燃料349kg。採用三軸穩定，裝有4個反作用動量輪，姿態信息由太陽敏感器、恆星相機以及慣性基準單元提供。推進系統包括1個雙組元發動機和8個單元肼推力器，其中巡航主推進採用640N雙組元發動機，4個0.98N推力器和4個22.5N推力器用於姿態控制。電源系統包括3個太陽翼和1個16A·h的鎳氫電池組。通信系統包括2套無線電系統，1個工作在X頻段，用於探測器與地球的通信；另1個工作在UHF頻段，用於探測器與其他火星著陸器間的通信，熱控系統採用熱控塗層、隔熱材料、輻射器、百葉窗及加熱器。
主要有效載荷
“火星奧德賽”攜帶3台關鍵的科學儀器，一個熱發射成像系統,一組γ射線譜儀和一個火星輻射環境試驗器。
火星輻射環境試驗器MARIE（The Mars Radiation Enviroment Experiment）重量3.3kg，電功率7W，尺寸29.4cm×23.2cm×10.8cm，火星輻射環境試驗器用於空間和火星輻射環境的測量，並分析他們對人類的潛在傷害效應。
熱發射成像系統THEMIS（Thermal Emission Imaging System）重量11.2kg，電功率14W，尺寸54.5cm×37cm×28.6cm。熱發射成像系統是照相機的一個類型，它是利用溫度的紅外線測量來照相。熱發射成像系統，用於研究火星表面在可見和紅外範圍的譜，可確定火星表面礦物的分布。
γ射線譜儀GRS（Gamma-Ray Spectrometer）實際上是一組儀器，包含4個主要部分：射線探測器、中子譜儀、高能中子探測器和中心電子學組件。γ射線譜儀GRS是“火星奧德賽”最重要的有效載荷，它所提供的數據將用於確定火星主要地質區域的元素豐度，它也有能力探測淺層的地下水和參與宇宙γ射線爆的研究，所以下面作較為詳細的介紹。
γ射線探測器本身GRS重量30.5kg，電功率32W，尺寸46.8cm×53.4cm×60.4cm。是由Arizona大學的月球和行星實驗室研製的。探頭是帶有冷卻的高純鍺探測器，32Ge晶體為67mm×67mm，重1.2kg。晶體上保持約3000伏的高壓，電流小於1nA。當一個高能γ光子或帶電粒子打入時，產生的電荷被放大、測量和數字轉換到16384道中的一道，相應的能區為300-8000keV。在規定的數秒獲取之後，得到一個γ射線譜。高純鍺探頭的優點是譜線很尖銳。雖然計數率是很低的，但長的積分時間允許大多數元素能以10%左右的精度被確定。
為了減少來自飛行器產生的γ射線的干擾，γ探頭安裝在一個連於軌道器的6.2米長的支桿的末端。支桿是絕對必要的,支桿展開後獲得的γ射線譜的質量顯著提高。
γ探頭包含探測器、輻射冷卻器、低溫前放、帶門的熱屏、安裝至支桿末端的托架。冷卻器有一個門,它在飛行中是打開的,暴露一個散熱器,容許探頭(感測器)冷卻到90K以下來收集科學數據。熱禁止和門是需要的,允許我們定期地把探頭加熱到100°C以便退火晶體的輻射損傷。
中子譜儀NS(The neutron spacetrometer)用於熱中子和超熱中子探測,由4片組成的BC454閃爍探測器,用於過濾熱中子。在火星表面1米之內的表層中,氫的質量靈敏度達10-3水平。中子譜儀的尺寸為17.3cm×14.4cm×31.4cm。是由Los Alamos National Laboratory研製。
高能中子探測器HEND(The high-energy neutron detector)用於超熱中子、共振中子和快中子探測,尺寸為30.3cm×24.8cm×24.2cm。是由Space Research Insitute研製。3個具有不同厚度慢化劑的3He正比計數器用於探測0.4-10.0eV，10.0eV-1.0KeV。1.0keV-2MeV能區的γ射線和30keV-1MkeV能區的硬X射線。以300公里的空間解析度在火星表面1米的淺層中，氫的質量靈敏度達10-3水平。高能中子探測器和中子譜儀兩者都是安裝在主飛行器上，沒有設定附加的支柱。
儀器中心電子學箱尺寸28.1cm×24.3cm×23.4cm。
由γ射線探測器和兩個中子探測器組成的γ射線譜儀GRS能以測量周期表中大約20種主要元素的豐度和分布，包括矽、氧鐵、鎂、鉀、鋁、鈣、硫、和碳，在此次火星探測中獲得了大量有價值的數據，發揮了巨大的作用。
主要成果
“火星奧德賽”發射後，所有儀器均正常工作，已發回了大量的科學數據，獲得了一些重要的成果，至2003年5月已完成443天的科學任務，是預定917天的48%，完成5380個繪圖軌道。發射後已有761天是總任務的61%，返回的科學數據總量為155Gbytes，而原計畫917天數據容量是126.5Gbytes。
2002年2月6日，“火星奧德賽”展開了它的高增益天線，2002年2月19日開始利用其攜帶的科學儀器，繪製火星的地表圖像。“火星奧德賽”的多光譜照相機同時在多個紅外波長以空前的解析度成像火星。2002年3月1日美國宇航局公布了“火星奧德賽”傳回的第一批觀測數據和照片。熱發射成像系統可以向人們提供火星的兩種高解析度圖像、直觀圖像和紅外線圖像，它提供了關於岩石層歷史的線索，有助於科學家更好的理解火星礦物學與火星地形之間的聯繫。
“火星奧德賽”最令人激動的發現是探明火星表面下有大量的水冰。2002年3月5日俄羅斯科學家宣布,美國“奧德賽”火星探測器利用其攜帶的俄羅斯中子探測器通過探測火星的土壤發現,在火星南極下面大約藏有1000萬平方公里的冰面:此外,在太陽系的最高峰——火星的奧林波斯山的山坡上也發現了大量冰凍的水體。由於水可以為火星探測提供“重要的支持”,發現水的這些地區將成為火星上首批接受太空人探測的地區,以便進一步確定火星上是否有生命跡象的存在。
