圖為螢火一號和火星的模擬圖
揭秘中國火星探測器螢火一號
火星，當前國際深空探索中的最熱目的地，即將迎來一位不到120公斤的小個子“遊客”。別看它貌不驚人，卻將為今年已屢創輝煌的中國航天史再添上絢麗的一筆。如果說天宮一號發射成功讓中國人在近地空間駐留更長時間成為可能的話，那麼，它則會把我們的視野帶到更遙遠的深空。
螢火一號，我國首枚火星探測器，已于日前成功運達哈薩克斯坦境內的拜科努爾發射場，預計將於11月9日淩晨搭乘俄羅斯的“天頂”號運載火箭與“福布斯—土壤”探測器一起發射升空。
先遣部隊，開啟火星探測之門
自中國國家航天局2000年宣佈空間科學成為我國民用航天的重要組成部分以來，中國空間探測的步伐就從未停止，地球空間雙星探測計劃、月球探測工程先後上馬並取得階段性進展。8月25日，嫦娥二號衛星準確進入太陽與地球引力平衡點——距離地球約150萬公里的拉格朗日L2點的環繞軌道，成為太陽系中飛得最遠的中國來客，但這樣的距離相對於螢火一號的旅程來說也只能算是“小巫見大巫”，後者將飛行約3.5億公里，在此過程中邁出中國深空探測的重要一步。
在我國深空探測的整體設想中，火星無疑是最為重要的探測對象。中國科學院空間科學與應用研究中心主任、螢火一號工程應用首席科學家吳季在接受本報專訪時表示：“中國科學家很早以前就有探測火星的願望，並利用國外探測數據做了一些工作。由於第一次探測必須先用軌道器而不是著陸器進行圍繞探測，因此，螢火一號可以被比喻為我國火星探測的先遣部隊。”
火星探測難道只是為了滿足人們的好奇心嗎？還是蘊含更為現實的動因呢？吳季介紹，研究火星就相當於研究地球的歷史和未來。地球雖然在太陽系中極為特殊，成為人類目前唯一的家園，但這種情況絕非一成不變。歷史上，地球就曾出現過像現在的火星一樣、異常寒冷的時期。作為地球的近鄰，火星的地質環境和很多基本參數都和地球接近，面對目前全球變暖的趨勢，我們同樣有理由發問：未來地球會不會變得太熱，以致于海水都蒸發掉，成為第二顆火星？這些問題只有通過比較其他行星的歷史和現狀才能得到答案。
國際合作，探索火星空間環境
螢火一號這回是搭了俄羅斯的火衛一探測器“福布斯—土壤”的“順風車”，據吳季介紹，俄羅斯科學院再次實施火星探測計劃後，火箭留有一定的運載余量，於是主動邀請中國參加該計劃並搭載一個微小衛星。對於中國來說，在還沒有建立起真正的深空測控網之前，借用俄羅斯的飛船一同飛往火星並開展聯合探測，可以大大地將我國科學家利用自主的探測數據深入開展對火星研究的時間提前。在此背景下，螢火一號應運而生。
螢火一號此次肩負的主要使命是對火星的空間環境展開探測。俄羅斯科學院宇宙空間研究所所長列夫·澤廖內近日表示，即將升空的俄“福布斯-土壤”和中國螢火一號火星探測器將幫助兩國科學家加深對火星大氣的了解，這將是人類首次利用兩個處於不同位置的航天探測器同時對火星電離層和磁場進行研究。
吳季透露，自1960年以來，人類已經向火星發射了40多個探測器，其中15次成功進入了火星軌道，8次成功著陸，並釋放了3輛火星巡視車。但是，這些探測計劃的科學目標幾乎都是追蹤水的痕跡、發現生命信號，其軌道也大都是極軌圓軌道。只有俄羅斯的“福波斯2號”曾經對火星的空間環境開展過探測，但只工作了三個月就與地面失去聯絡。因此人類對火星的高層大氣、電離層、磁層環境和太陽風的相互作用等都了解甚少，螢火一號正好填補了此項空白，在國際上具有重要地位。
深空測控，面臨3大嚴峻考驗
清華大學航空航天學院副院長李俊峰在接受本報採訪時表示，此次發射螢火一號，技術驗證或者說實驗的成分更多一些，以便積累相關經驗，為以後獨立開展火星等行星的深空探測工作夯實基礎。他告訴記者，俄羅斯的“天頂”號運載火箭就像“老司機”一樣經驗豐富，螢火一號成功進入火星軌道的問題應該不大，難題在於跟組合系統分離後如何開展深空測控和通信。
經過40多年發展，我國已經完全有能力研製出包括月球探測器和火星探測器在內的各類探測器。吳季坦言，螢火一號在技術上最大的挑戰是“小”。受發射重量限制，螢火一號之輕，在人類歷史上也屬罕見。載荷小，距離遠，任務重，螢火一號的火星征程可謂荊棘遍佈。
挑戰之一來自於7個長達8.8個小時的火星陰影，在此期間探測器將得不到來自太陽的能量，只能讓部分部件進入休眠狀態，屆時周圍環境溫度低於零下200℃，螢火一號隨時面臨“凍死”的危險；其次，超遠距離會帶來信號衰減和傳輸時延等困難，更何況我國還沒有覆蓋全球的深空探測網，仍需俄羅斯和歐洲空間局的地面站幫忙分時段接收信號，但即使3個地面站聯合起來，也只能下載螢火一號獲取的5%到10%的數據；此外就是多星定向的問題，即往地球傳送數據時要對地球定向、拍攝火星時儀器要對火星定向、太陽能帆板還要隨時對太陽定向……這對探測器的姿態控制來說是一個不小的難關。
火星探測大事記
1960年10月10日：前蘇聯向火星發射第一枚探測器，但這枚探測器連火星環繞軌道都沒有到達。
1962年11月1日：前蘇聯發射了“火星1號”探測器，成功進入前往火星的軌道，但在飛離地球1億公里左右時與地面失去聯絡，通常被看作是人類火星探測的開端。
1964年11月28日：美國“水手4號”開始8個月的火星之旅，成為有史以來第一枚成功到達火星併發回數據的探測器。
1971年5月31日：美國“水手9號”升空，成為第一個火星軌道飛行器。它首次拍攝到火星全貌。
1996年12月4日：美國發射“火星探路者”，攜帶“旅居者”號火星車登陸火星。科學家根據發回的圖片信息判定，火星曾經溫暖和潮濕。
1998年7月3日：日本發射“希望”號探測器，成為世界上第3個發射火星探測器的國家，但“希望號”于2003年12月9日被迫放棄。
2001年4月7日：美國發射“奧德賽”火星探測器，標誌著美國火星探測計劃重新啟動。2002年，“奧德賽”發現火星表面和近地表層中可能有豐富的冰凍水，但這一問題目前存在爭議。
2003年6月10日：攜帶“勇氣”號火星車的美國“火星探測流浪者”號探測器發射升空，2004年1月3日在火星表面成功著陸。
2007年2月25日：歐洲航天局的“羅塞塔”彗星探測器靠近火星飛行，順利完成利用火星引力調整飛行速度和軌道的任務。
2007年8月4日：美國發射“鳳凰號”探測器，它在火星北極區域登陸後收集了冰樣，而且還發現火星表面土壤的化學成分與海水非常類似。11月10日後“鳳凰號”與地面失去聯絡。(張保淑 黃文君)
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