螢火一號火星探測器

螢火一號，是中國火星探測計畫中的第一顆火星探測器。2011年11月8日，“螢火1號”搭乘在俄羅斯的福布斯號採樣返回探測器上一起發射升空，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。螢火一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。“螢火一號”主要科學探測目標是對火星的空間磁場、電離層和粒子分布變化規律，以及火星大氣離子逃逸率進行探測。此外，還將探測火星地形地貌、沙塵暴以及火星赤道附近的重力場。

基本介紹

• 中文名：‘螢火一號’
• 實際質量：為110公斤
• 尺寸：750×750×600 mm
• 發射日期：2011年11月9日
• 環繞星體：火星
• 發射結果：失敗

基本信息

2011年11月9日4時16分，中國“螢火一號”火星探測器搭載在俄羅斯“福布斯-土壤”探測器內部，由俄羅斯“天頂號”運載火箭在哈薩克斯坦拜科努爾發射場點火發射。

螢火一號和火星的模擬圖

“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”主要科學探測目標是對火星的空間磁場、電離層和粒子分布變化規律，以及火星大氣離子逃逸率進行探測。此外，還將探測火星地形地貌、沙塵暴以及火星赤道附近的重力場。

參數

“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”升空

簡介

結構特徵

螢火一號實際質量為110公斤，主體部分長75厘米，寬75厘米，高60厘米；它的兩側是展開的太陽能帆板，太陽帆板展開將達到7.85米；在衛星有效載荷的主體部分，有多個探測通道，一雙雙“眼睛”對準火星；設計壽命是兩年。 2008年4月探測器完成初樣，2009年6月完成真樣,2009年10月，“螢火一號”與俄方的火星土壤採樣返回探測器Phobos-Grunt(簡稱“福布斯探測器”)一起由俄天頂－2SB運載火箭同時發射，發射地點是在哈薩克斯坦境內的拜科努爾航天發射中心 。

螢火一號

命名由來

火星是位於地球軌道外側最近的一顆行星，距離地球最近約為5500萬公里，最遠距離則超過4億公里。由於它發出特殊的紅光而令人注目。西方古代（古羅馬）把它稱為‘瑪爾斯’，中國古代被稱為“熒惑”。命名為“螢火一號”熒惑是取它的’諧音‘後叫做螢火’。因此將中國第一顆火星探測器取名為‘螢火一號’。

設計參數

功率：90 W（平均）180 W（峰值）

數據傳輸速率：8192 bit/s

2 x 3塊太陽能電池板

組織：中國航天局

任務類型: 深空探測環繞星體: 火星

螢火一號

發射日期: 2011年11月9號

運載火箭: “天頂2-SB”型運載火箭

任務持續至: 1 年

軌道傾角: 21-35°

軌道運行周期: 3 天

探測使命

探測火星的空間環境；探尋火星水的消失機制；揭示火星這樣的類地行星空間環境演化的特徵；與此同時，中國的“螢火一號”和同行的俄羅斯“火衛一探測器”上具有一些完全相同的火星空間環境探測儀器，能夠在火星實施同時探測，研究火星電離層和太陽風的相互作用。

項目介紹

項目計畫

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，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。

相關圖片

根據原中俄兩國協定，雙方確定於2009年對火星及其衛星“火衛一”進行聯合探測，中方衛星將由中國設計、生產。中科院組織評審委員會認為，我衛星“螢火一號”以探測火星空間環境為目標，該星與俄羅斯“火衛一-土壤”衛星，形成對火星空間環境的首次聯合探測，具有很好的創新性和重要的科學意義；中俄聯合火星探測計畫的實施，將實現中國首次行星探測，推動衛星有效載荷研製水平的提升，增強行星探測的能力和影響力。最終，以中國科技大學王水院士為首的評審委員們一致同意通過評審。

項目進展

螢火一號原計畫於2009年10月和俄羅斯的“火衛一-土壤”衛星一起搭載“天頂”運載火箭從拜科努爾航天中心發射升空。大約經歷10至11個半月的飛行後，進入火星軌道。螢火一號主要研究火星的電離層及周圍空間環境，火星磁場等。

莫斯科2009年9月29日 俄方決定將“福布斯－土壤”火星探測器的發射時間推遲至2011年10月，目的是為了進一步保證該項目實施的可靠性。“福布斯－土壤”探測器的下一個最佳發射視窗是在2011年10月，屆時“探測器將可以按最短的飛行軌道抵達目標並返回”。俄羅斯“福布斯－土壤”探測項目的推遲還將影響到中國首個火星探測器“螢火一號”的發射。

據了解，中方衛星將由俄方運載火箭發射，並被送入火星橢圓軌道；其後，該衛星將自主完成對火星空間環境的探測任務。期間，俄“福布斯”火星探測器則將在“火衛一”表面著陸，提取“火衛一”土壤等樣品，並返回地球。我衛星還將與“福布斯”探測器聯合完成對火星環境的掩星探測。

項目內容

研究磁現象

因為火星空間的磁非常微弱，而“螢火一號”就是要研究相關的磁現象，為了避免研究受到探測器自身的干擾，所以“螢火一號”的材料都將做到是一律無磁。另外，不同於地球上適宜人類的氣溫，火星的溫差將比月球還要大，所以“螢火一號”上的熱控技術將受到前所未有的考驗，為此探測器上的熱控裝置將按照最嚴酷的環境來設計應對考驗。

任務意義

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。

相關圖片

“‘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。

計畫推遲

外因影響

俄羅斯聯邦航天署署長佩爾米諾夫2009年9月29日說,俄已決定將“福布斯—土壤”火星探測器的發射時間推遲至2011年。佩爾米諾夫當天在俄聯邦航天署官方網站發布訊息說,根據俄科學院的建議,俄方決定將“福布斯—土壤”火星探測器的發射時間推遲至2011年10月,目的是為了進一步保證該項目實施的可靠性。

“福布斯—土壤”火星探測器原定2011秋天發射,是俄羅斯重要的火星探測項目,它將著陸火衛一收集土壤樣本。佩爾米諾夫介紹說,俄方專家希望能夠進一步掌握火衛一表面特性,以便更精確地設計用於收集土壤的設備。“如果火衛一表面的土壤太硬,那么錯誤的收集方法可能會導致這次昂貴的考察一無所獲”。此外,俄方也無法保證探測器在飛行過程中與地面聯繫百分之百穩定,因此需要進一步測試。

探測項目的推遲還將影響到中國首個火星探測器“螢火一號”的發射。作為中俄首個火星探測合作項目的一部分,中國的“螢火一號”計畫與“福布斯—土壤”火星探測器一起由俄“天頂”運載火箭從哈薩克斯坦境內的拜科努爾發射場發射升空。

發射時間

原定2009年秋季升天的中國首個火星探測器“螢火一號”由於種種非技術原因，不得不將升天時間推至2011年。在2011年11月舉行的上海第24期院士專家講壇上，剛從俄羅斯回國的該探測器副總設計師、上海航天局研究員陳昌亞表示：“2011年，‘螢火一號’將與俄羅斯火星探測器‘福布斯’相互配合，對火星電離層開展全球首次掩星探測。”

火星與地球每15～17年有一次最近的機會，每26個月才會位於距地球最近的位置上，因此，“螢火一號”下次發射的日期為2011年。選擇此時發射，探測器消耗的燃料相對較少。

陳昌亞說，通常火星探測器研製至少需要5年，但“螢火一號”只用了23個月。雖然它未能如期發射，但已在地面接受了模擬聯合發射及火星環境的機電、熱等所有試驗的考驗。為保持最佳狀態，“螢火一號”將在接下來的兩年里陸續更換部分零部件。

推遲發射並不是“螢火一號”之過，它在技術上已作好充分準備。它既能適應火星上超過100℃的晝夜溫差，又能從休眠狀態中按時甦醒。陳昌亞說，“螢火一號”在運行過程中將遭遇7次“長火影”（即火星運行至探測器與太陽之間，完全遮住陽光），零下200℃的冰冷“黑夜”最長將持續8.8小時。此時，依靠太陽能供電的探測器不得不進入休眠狀態，待“日出”時分，再將16台單機加電喚醒。“螢火一號”面對的另一個難題是，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”，這對其自控能力提出了極大挑戰。好在，所有地面模擬試驗證明，它已經準備好了。

除空間環境外，“螢火一號”還將對火星的地形、地貌和沙塵暴，以及赤道區重力場進行系統探測。“火星探測是中國繼載人飛船、嫦娥探月工程之後又一重大航天科學計畫，將帶動中國深空探測技術的發展，為今後其他行星的探測打下基礎。”陳昌亞說。

專家回應

“螢火一號”2011年將探火星，中國探測火星工作還有難點，但後續規劃中35米和64米大口徑深空站的建設，將有望解決測控方面的問題。北京航天飛行控制中心副主任、“嫦娥二號”測控通信指揮部副指揮長麻永平透露。

嫦娥二號任務測控通信指揮部副指揮長麻永平

在談到中國的深空探測領域工作時，麻永平透露，除“嫦娥二號”外，中國將可能發射“螢火一號”，搭載俄羅斯的福布斯衛星，共同進行火星探測。同時中國其他獨立的深空探測項目也在論證中。

在談到探索火星的困難時，麻永平表示，北京航天飛行控制中心已經對火星的軌道、火星的引力場等各方面都進行了深入研究，在測控方面已具備堅實的基礎。但他也表示，深空探測除了測控能力以外，很重要的一點就是需建立深空站。而中國目前口徑最大的測控站是18米，沒有達到探測火星的要求。“後續規劃中要建35米、64米大口徑的深空站，有了這些深空站以後，我們就具備火星探測、測控的能力了。”

預計發射

中俄火星探測合作談判參與者、上海航天技術研究院衛星總師徐博明研究員2010年10月21日在北京航天城舉行的主題為“火星探測”的第三屆中國空間技術論壇上透露，中俄聯合探測火星工程俄方“火衛一，土壤樣品返回”空間飛行器(又稱“福布斯”探測器)與中方“螢火一號”火星探測器，預計2011年11月由俄運載火箭同時發射。

徐博明特別指出，中俄聯合探測火星工程推遲發射與中方無關，主要原因是俄方採集火星土壤樣品的取土器需要改進。此外，“螢火一號”測定軌過程完全由中方獨立完成。

他介紹說，“螢火一號”由“福布斯”送入繞火星的橢圓軌道後，將在繞火星的大橢圓軌道飛行，自主完成對火星空間環境的探測任務並對火星進行成像，還將與“福布斯”聯合完成對火星環境的掩星探測。

徐博明歸納稱，中俄聯合探測火星的工程目標和科學目標均為4個方面，工程目標包括：突破火星探測器的研製技術；星地配合實現火星探測器3.5億公里精密測定軌和數傳技術；首次初步掌握探測火星的軌道設計、發射、行星際巡航、進入火星軌道及深空運控技術；初步形成與俄聯合發射雙星探測的合作工作機制。

科學目標分別是：探測火星的空間磁場、電離層和粒子分布及其變化規律；探測火星大氣離子的逃逸率；探測火星地形、地貌和沙塵暴；探測火星赤道區重力場。

發射計畫

我國第一個火星探測器“螢火1號”，將與俄羅斯“火衛一·土壤”採樣返回探測器一起，使用俄羅斯“天頂-2SB”火箭從拜科努爾發射場發射升空，飛向火星。

火星探測

“螢火1號”在隨“火衛一·土壤”升空後仍“乘坐”在其上。它們“手牽手”進入火星軌道，裝在“火衛一·土壤”頂部的“螢火1號”在繞火星飛行3圈後兩者分道揚鑣：“火衛一·土壤”變軌到火星圓軌道上尋機登入“火衛一”，鑽取土壤樣品後返回地球；“螢火1號”則在近火點(距火星最近的點)800千米、遠火點80000千米、軌道傾角小於5°的火星大橢圓軌道上，履行火星探測使命。

螢火發射

發射升空

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，將“螢火一號”和“福布斯－土壤”送入太空的是俄羅斯“天頂－2SB”運載火箭。升空後，“福布斯－土壤”探測器上的主發動機將開始工作，並通過3次點火將兩個探測器送入環火星軌道，預計全部飛行過程將歷時300天左右。

變軌失敗

俄羅斯聯邦航天署署長波波夫金於2011年11月9號在哈薩克斯坦的拜科努爾航天發射場向外界宣布，搭載有中國“螢火一號”火星探測器的“福布斯－土壤”探測器未能按計畫變軌。他說：“我們度過了一個非常沉重的深夜，我們很長一段時間都無法找到這個太空飛行器。終於確定了它的位置，並且查明，其發動裝置沒有工作，兩次點火都沒有成功。”這意味著，中國的第一顆火星探測器發射以失敗告終。

出現轉機

2011年11月中旬，歐洲航空聯盟表示收到“福布斯－土壤”探測器發回的信號，這說明本次火星探測出現了一絲轉機。

宣告失敗

2011年12月2日，歐洲航天局宣布放棄嘗試獲取探測器信號，但同時聲明表示，雖然歐洲航天局已經放棄了聯絡探測器的努力，但如果俄方向他們報告發現新希望，歐航局仍願意提供幫助。

產生影響

關於搭載“螢火一號”的火星探測器發射失敗對中國探知火星的進程是否會產生影響，中國航天科技集團公司載人航天工程辦公室主任童旭東於2011年11月24日表示，受軌道距離影響，兩年內不會再有新動作。

未來國家計畫航天任務

科學價值

推遲後的中俄合作火星探測計畫於2011年發射升空，並將首次綜合開展具有挑戰意義的深空探測行星無線電科學實驗和研究。中國科技核心期刊《物理》月刊在2009年10月和11月相繼出版的總第38卷第10期和11期，刊出《火星探測器 “螢火1號”專題》，以8篇系列文章系統介紹了將用於“螢火1號”火星探測任務的行星無線電科學與技術。其中，2篇由科學套用系統承擔單位中科院空間中心專家撰寫，6篇由VLBI測軌分系統承擔單位上海天文台專家撰寫。相關研究是在“863”計畫和火星探測計畫的支持下實施的。

據專家介紹，行星無線電科學是行星探測領域英文專業辭彙Planetary Radio Science 的中文翻譯，在中文裡還沒有固定對應的專門辭彙。該項技術與科學研究，通過測量星—地鏈路或星—星鏈路之間高頻率穩定度無線電波載波信號的變化，對探測器進行精密定軌、精密測量中心引力天體的質量和萬有引力場數、反演中心引力天體的重力場異常、研究天體的動力學特性、通過掩星的方式探測行星天體大氣物理特性隨高度變化的參數剖面或者太陽風物理特性、利用地頻或微波雷達探測行星內部結構和電離層特性。這次專題刊出的論文涵蓋了以上多個方面。

在本次“螢火1號”探測任務中，由中科院空間中心研究員孫越強主持的中俄合作星 —星鏈路火星電離層大氣掩星探測技術，以及由上海天文台研究員平勁松主持的探測器星—地鏈路VLBI和單程測速開環無線電獨立測軌技術，在迄今為止的深空探測任務中尚未使用過，構成了“螢火1號”探測工程中最為關鍵的科學和工程技術，也是對參研人員前所未有的挑戰。

“螢火1號”火星科學探測工程的推進與實施，標誌著我國正式啟動了飛出地月系統的深空探測歷程，同時也標誌著行星無線電科學正式納入了我國行星探測的體系。

火星探測史

1962年前蘇聯火星1號探測火星，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。

失敗率超高的火星任務

1965年 美水手4號探測器飛越火星，從距離火星1萬公里處拍攝了21幅照片。

1971年 前蘇聯火星2號在火星著陸。

1972年 美水手9號沿火星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。

1974年蘇聯“火星6號”和“火星7號”探測器在火星著陸，探測結果沒有公布。

1976年 海盜1號和2號在火星著陸。

1989年 福波斯1、2號飛往火星途中失蹤。

1993年 火星觀察者抵火星軌道前失蹤。

1996年 俄“火星-96”發射失敗。

1997年 火星環球勘探者進入火星軌道。

1997年 美火星探路者在火星著陸。

1998年 美國發射火星氣候探測器。

1998年7月 日本發射“希望”號火星探測器，但以失敗告終。

1999年 美發射火星極地著陸者探測器。

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 歐洲發射“火星快車”2009年俄羅斯探測“火衛一”。

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，原定運行3個月，卻超期服役數年，2009年3月22日後失去聯繫。

2008年 美國“鳳凰”號探測器成功登入火星，後失去聯繫。

2012年8月6日，美國宇航局首輛核動力火星車“好奇號”已於台北時間8月6日13時31分在火星成功著陸。

2013年11月5日下午，印度在該國東海岸的斯里赫里戈達島(Shriharikota)航天發射場，發射首顆火星探測器“曼加里安號火星探測器”號。2014年9月24日上午，印度“曼加里安”號火星車成功進入火星軌道，印度成為全球第4個成功進行火星探測的國家或組織。