基本介紹
- 中文名：火星快車空間探測器
- 外文名：Mars Express
- 所有者：歐洲宇航局
- 運載火箭：俄羅斯“聯盟-FG”號運載火箭
- 總花費：3億5千萬美元
- 學科：天文學
目標任務,尋找生命,集體項目,發射過程,機載裝備,發射背景,最新發現,
目標任務
歐洲宇航局花費3億5千萬美元製造的“火星快車”無人探測器在進入地球軌道將環繞地球飛行90分鐘，再由專門的動力火箭將其送入真正的星際空間。經過長達6個月的星際遠航，“火星快車”最終將進入火星周圍的運行軌道，開始執行“神聖的生命”探測任務。 目前為止已檢測出火星中的甲烷含量及火星上有水的大量證據。除了科學方面的任務，“火星快車”還提供地球與其他國家部署的登入車之間的通信中轉服務，由此成為國際火星探索工作的樞紐部分。
火星快車
火星快車“小獵犬-2”的任務包括：繪製火星地圖，利用一部功能強大的雷達對火星表面進行探測，尋找火星上有水存在的證據等。
尋找生命
1976年在美國執行的“海盜計畫”中，“海盜”1號著陸艙在火星普拉尼蒂亞平原軟著陸，“海盜”2號著陸艙在火星烏托匹亞平原軟著陸，進行火星生命探索。“海盜”號探測器的目的是在火星表面尋找生命的徵候。遺憾的是，“海盜”號探測器沒能發現生命的跡象。但是，所有對維持生命所必需的元素，在火星表面都找到了，這是意義深遠的。那時，“海盜”號為了探索火星生命，採用了當時最先進的技術，而今天看來大有改進的餘地。現在有了解決“海盜”號發現疑點的非常特殊的方法：這就是把螢光顯微鏡與圖像處理法相結合的方法。在適當條件下，使用某種化學物質就能產生與生物具有的酶反應發出螢光的物質。這就是讓生物體發出螢光的原理。把這種化學物質摻入土壤試料，放置幾分鐘後用螢光顯微鏡觀察，如果存在生物它就會發出螢光。這種方法操作簡便，結果也很可靠。把這種方法套用於地球土壤，能夠一個一個地檢測出微生物細胞。進一步選定染色條件，還能相當容易地判別生物是死的、活的，或是死了，但在進行某種程度的分解。這種方法無須添加培養液加以培養，所以對於探測未知生命是很合適的。這種方法的有利之處還在於，能夠把試料置於接近本來狀態進行分析，可以同時了解生物的生態。如果把這種方法與遺傳基因分析使用的“PCR法”配合使用的話，還可以了解那種生物屬於怎樣的種類。在今後對火星生命的探索中，應當把螢光顯微圖像法和遺傳基因分析法等直接探測方法與“海盜”號採用過的氣體攝譜儀和質量分析法兼施並用。在實際對火星進行探測之前，遙感觀測沙漠和西伯利亞永久凍土地帶，檢測出沙漠的水分和有機物，測定永久凍土地帶的生物生態和凍土的厚度等，現在應當立即著手進行實驗為即將實現的火星生命探索做好準備．。
火星快車
火星快車說到在火星上登入，我們尚不知道俄羅斯航天專家選擇的具體登入地點，但是選擇登入地點首先必須考慮到火星的地質年代和地形。在40億年乃至35億年前，火星同地球一樣也有海洋，此後才逐漸“冷卻”成今天這種冰冷的行星。在火星地形中，火星北半球火山口少的地區是比較新的地層，從地質年代來看，大約在40億年到30億年前火星南半球形成的高原是由古老地層構成。因此，探索火星的登入地點首選地域應當是這種具有古老地形，特別是由流水沖刷形成的“水手谷”等地域。所幸火星上沒有地球上的岩盤運動，古老地層古今如一。不過在這種地區找到仍生存的生物可能性不大，主要目的應是尋找原始生命的微小化石。如果找到現在火星上仍生存的生物有可能的話，那應當是在火星極冠的周圍地區和地下永久凍土的含水層。為了生存地球型生物，水的存在是必不可少的條件，根據前面談到的實驗結果推測，在目前火星環境下有水存在的話，低溫中的厭氣微生物和原始光合作用的細菌生存是有充分可能性的，或許它們仍處在緩慢的進化過程中。
集體項目
據報導，俄羅斯科學家已為登入火星選擇了3個備用登入點。其中一個登入點位於一條寬60公里、深兩公里的峽谷底部。根據專家們的判斷，3個登入點均蘊藏著固態水―――冰。按計畫，當載人飛船抵達火星後，科學家將利用30天到60天的時間對火星的面貌、地表物質組成和歷史進行考察。根據俄羅斯科學家的計算，這樣的行星際往返飛行將歷時約440天。有關各方將為這次火星登入之旅中的每千克載荷耗資近1000美元，俄羅斯方面的投入將占總投入的30%。俄羅斯航空航天局、中央機器製造科研所、“克爾德什”研究中心和科學院航天研究所的專家指出，之所以組織火星登入是因為美國“奧德賽”火星探測器發現，在火星部分地區距地表10厘米至30厘米處含有固態水。有水的地方有可能存在生命，登上火星的科學家將能夠徹底考證關於“火星生命”的種種猜測。此外實地考察火星的現狀和歷史，將有助於人類了解地球自身和及其未來的自然發展趨勢。
火星快車
火星快車在俄羅斯科學家擬定的火星登入方案中，俄羅斯航空航天局打算和美國航空航天局（NASA）以及歐洲航天部門密切合作，製造兩艘宇宙飛船，將一個6人科學家小組送上火星。這個小組將在火星上逗留兩個月，然後返回地球。整個火星旅行大約持續440天，耗資200億美元。俄羅斯提出，自己可以負擔其中30%的費用。俄羅斯負責登入火星計畫的官員稱，沒有一個國家可以單獨完成登入火星的壯舉，這是一個國際合作項目。而且美國和歐洲方面對此提議表示非常感興趣。但是美國航空航天局的官員則表示，尚未接到俄羅斯的正式建議書，不便評價。由於國會要求美國航空航天局減少預算，美國航空航天局還沒有將登入火星的計畫提上日程。而歐洲航空部門官員則表示，他們將同俄羅斯就這一計畫展開會談。去年4月曾有報導稱，參加國際火星登入計畫的機構已經達成一致意見，準備在2014年至2015年期間送太空人上火星。在抵達火星軌道後，3名太空人將藉助著陸艙在火星表面著陸，另外3名太空人將在火星軌道上待命。參加火星登入計畫的機構分別為俄羅斯航空航天局、“克爾德什”研究中心、“能源”火箭航天公司，美國航空航天局、美國波音公司，歐洲航天局和歐洲“阿斯特利烏姆”航天公司等，費用由俄美歐三方分擔。
在美國航空航天局描繪的“紅色星球600日”中，火星家園的中央是居住地，由兩個相連的密封艙組成，上面覆蓋火星土壤或採取其他方式防止宇宙射線，利用火星能源製造氧氣和水等生存的必要條件。在進行遠距艙外活動時，太空人使用加壓飛行器，他們要在這種被稱為“移動的家”中呆上數天或數周，到距離居住地方圓幾百公里以外的地方探險。近距離時，太空人就騎著特製的山地腳踏車。與居住地相連的是一個加壓密封艙，作為登上飛行器的過渡艙，使空氣流失量降到最低。居住地附近還會建上幾個溫室，在種植蔬菜瓜果的同時可以通過光合作用將二氧化碳轉化為氧氣。在距離居住地至少1公里以外的地方建造核電站或是在幾百公里外建幾個太陽能發電站，通過特殊電纜，為居住地和其他必需部門供電。宇宙飛船起落地距離居住地大約3公里左右。建造火星駐地的工作可能交給機器人來完成，它們負責在太空人抵達之前完成所有設施的建造工作。
按照目前人類掌握的技術，登入火星的難度遠遠超過登入月球，從地球到火星宇宙飛船至少要飛行一年半。如此漫長的太空旅行安全與否就是一個很大的問題。除了輻射和面臨隕石的撞擊之外，太空人還要面臨生理和心理方面的考驗。而且，太空人的給養都要靠宇宙飛船來供給，如果太空人必須帶齊一年半的食物和用品，那么宇宙飛船必然要變成一個巨大的雜貨鋪，這是難以想像的。這些問題都有待解決。20多年來，科學家們又進行了多次嘗試，向火星發射探測器，並推測火星地表下面蘊藏有大量的冰，這也許是火星上存在生命的佐證。目前，為遠征火星，俄羅斯和美國的航天部門正在密封艙里訓練太空人如何在長期的太空飛行中生活和從事科學研究。
發射過程
“火星快車”空間探測器由俄羅斯目前正以每小時1萬多英里的速度開始它的星際旅行。
火星快車
火星快車歐洲宇航局發言人在“火星快車”發射升空後表示：“一切按照預定計畫進行，發射過程看起來良好。”歐洲宇航局的科學主任大衛·索斯伍德說：“火星上曾經發生的事情非常重要，因為這些事情可能會發生在生活在地球上的我們頭上。”
“火星快車”正式進入火星軌道後，將沿著火星運行將近兩年時間，幫助人們尋找火星上任何有關生命的標誌。
抵達火星表面之前的幾天內，英國設計製造的“小獵犬-2”登入器將與探測器分離。12月25日西方人歡度聖誕節這天，“小獵犬-2”將輕輕降落在火星表面，也算是送給人們的一份聖誕節禮物吧。到達火星表面後，“小獵犬-2”微型登入器將向火星北部進發，並最終在一事先設定的地點開始探尋生命痕跡的活動。
機載裝備
| 先進儀器 | |||
|---|---|---|---|
儀器名稱 | 儀器功能 | 研發背景 | 儀器組成 |
ASPERA感測器 | 用於檢測和辨識火星外太空以及來自太陽風中的原子、離子和電子，包括從太陽飛向火星的眾多粒子。 | 科學家猜測，火星表面上的水經過蒸發，上升到火星高層大氣中分解為氫氣和氧氣原子，然後被太陽風吹向外太空。 | |
SPICAM分光計（包含兩個儀器：紫外線探測器和紅外線探測器） | 前者用於檢測火星大氣中的臭氧濃度，後者則用於檢測火星大氣中二氧化碳以及水蒸氣的量 | ||
PFS分光計 | 用於測定火星大氣中氣體和塵埃微粒所占的百分比 | 科學家希望藉此探測出一些複雜分子如甲醛等的含量，並測量出其在不同大氣高度的變化情況。依據這些數據，科學家可以更全面地了解火星的天氣狀況 | |
OMEGA裝置 | 用於勘察和辨識火星地表礦物，一旦發現火星地表形貌奇特，科學家將啟用該設備與HRSC高解析度攝像機和PFS分光計協同工作，對火星地表進行拍照 | 該裝置由可見光攝像機和紅外線分光計組成 | |
HRSC高解析度攝像機 | 可對火星地表施行大範圍三維立體全彩拍照，也可遠距離放大拍攝對象，得到更清晰的畫面以為未來發射的火星探測器選定更適宜的著陸點； | ||
MARSIS測地雷達 | 將探測火星地表以下數公里深的土壤組分，測定局部的地質狀況，如沙丘、熔岩流、古代河流沖刷遺留的沉積物以及地下蓄水層等。 | ||
實施火星探測計畫的各方在競爭中也存在著合作，例如“火星快車”上搭載的雷達和“比格爾2”號著陸艙的研製也有美國航空航天局（NASA）研究人員的參與，而“火星快車”上搭載的離子分析器也將被安裝在日本發射的“希望”號火星探測器上。這些儀器由英國、德國、法國、義大利和瑞典等國合作製造、組裝完成。其中，天線由西班牙製造，太陽能電池板在德國製造，探測器結構組件則由瑞士製造，部件的組裝是在義大利完成的，軟體在法國安裝。
發射背景
自1960年以來的40多年間，美國、俄羅斯（蘇聯）先後向火星發射了34個各類探測器，但三分之二的探測器最終“壯志未酬”，以失敗而告結束。成功完成任務的航天探測器幫助人們擴大了對火星的認識，就在40年前，部分天文學家還堅持認為，火星表面生長著厚厚的植被。直到1960年代，美國航空航天局發射的太空探測器從太空傳回火星表面光禿禿的圖片後，人們才不再相信火星上生長有植物的說法。
火星快車
火星快車最新發現
“火星快車”探測到火星遠古洪流的殘留證據
據火星日報（2017年3月17日）報導目前，歐洲航天局“火星快車”探測器最新拍攝到火星表面最大的一個溢出通道——“卡塞峽谷”，這個渠道系統從發源地艾徹斯深谷延伸大約3000公里，卡塞峽谷位於薩希斯火山岩區域以東，位於水手峽谷系統以北，它沉積在巨大的克律塞平原。
薩希斯區域的火山活動、地質構造、坍塌和下沉，導致大量地下水從艾徹斯深谷釋放出來，大約36-34億年前在卡塞峽谷區域形成遠古超級洪流，目前這個遠古超級洪流僅在火星表面殘留少量證據。
目前，“火星快車”探測器在其14年火星勘測活動中拍攝了大量照片，這張最新圖像是2016年5月25日拍攝的，25公里直徑的碰撞隕坑——伍斯特碰撞隕坑，位於該圖像中心偏左位置，它是遠古時期超級洪流產生侵蝕作用力的有力證據。
雖然大量毯狀物質環繞在伍斯特碰撞隕坑周圍，它們最初源自碰撞時期隕坑內部，洪流下游部分對該隕坑沖刷，伴隨時間的流逝，逐漸形成流線型島嶼結構，以及下游台階式地形，暗示存在不同水位或者不同穿插式洪流。
相比之下，環繞在鄰近隕坑的殘骸覆蓋層相對保持完整，表明是在巨大洪流之後碰撞產生隕坑。此外，殘骸覆蓋層的存在揭曉了表面之下的自然過程——泛濫平原曾富含水或者水冰物質。
