细数半个世纪以来折戟火星的“登陆者”

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十月, 2016

北京时间10月20日下午16时,欧空局召开新闻发布会宣布,10月19日尝试登陆的着陆器“斯基亚帕雷利号”(Schiaparelli)目前状态仍然不明朗。

欧空局表示在与其失去联系前,斯基亚帕雷利号一切运行正常,并确认其已打开降落伞、启动底部反推火箭等操作。欧空局在斯基亚帕雷利号计划着陆前50秒与其失去联系,并在与其失去联系前获取约600MB的数据。

在与失去联系后,欧空局曾尝试让在轨道上的火星快车中继发回斯基亚帕雷利号的登陆信息,但随后数据证实火星快车发回的载波信号和早先欧空局利用印度浦那天线阵列收到的载波信号是同一时间点丢失的。未来美国宇航局将利用火星侦察轨道器(MRO)对斯基亚帕雷利号着陆区域进行成像,搜寻斯基亚帕雷利号踪迹。(腾讯太空 桂林)

斯基亚帕雷利号与人体的大小比较。

这也是欧洲自2003年小猎犬2号登陆失败后,又一个可能在火星折戟的“登陆者”。自1971年以来,人类向火星及其卫星表面发起了17次登陆任务,只有7次完全成功,而这7次均是美国宇航局的火星登陆任务。下面这组组图细数半个世纪以来,那些在火星表面折戟的人类“登陆者”。

苏联 火星2号着陆器 首个到达火星的人造物

火星表面堪称苏联深空探测的坟场,几乎无一成功。苏联首个登陆的火星2号着陆器重1210千克,配备了用于测量火星大气成分的质谱仪,2个360度全景摄像机,温度、气压和风力风向传感器,还有用于探测火星地表化学性质和结构的仪器,其中包括一个用于寻找有机物质和生命迹象的机械铲。通过仓顶的4根天线,着陆器可以和轨道飞行器进行无线通讯。工作期间整个着陆器的能量来源是由轨道器提前为其充电的蓄电池。

为了防止着陆器上的沾染物干扰火星的生态环境,发射前,着陆器已被全面消毒灭菌。1971年11月27日,着陆器与轨道舱分离,大约4.5小时候到达火星。在着陆器以大约6千米/秒的速度进入火星大气后,着陆系统出现故障,未按预定程序控制着陆器的降落。最终减速伞未能打开,着陆器坠落在火星北纬4° ,西经47°的地方。事后猜测,导致着陆失败的原因可能是着陆器进入火星大气的角度过于倾斜。

火星2号着陆器还携带了人类首辆火星车,重4.5公斤。根据设计,虽然它可以在火星表面移动,但一根15米长的缆线始终令火星车与着陆器相连。由于地球和火星车通信延时非常久,因此不采用全程遥控,而是通过在火星车上安装两根探测金属棒,使火星车可以自主绕过障碍。根据计划,当火星2号着陆之后,机械臂将会把火星车放置在地面上,火星车将在着陆仓摄像机的视野范围内移动,并每隔1.5米进行测量。火星车移动所留下的痕迹也将会被记录,并用来研究土壤的性质。但是由于着陆器坠毁,火星车没有进行任何工作。

苏联 火星3号着陆器 遇到尘暴导致任务失败

火星3号着陆器结构与火星2号几乎一致。1971年12月2日,火星3号抵达火星后,着陆器与轨道器分离,着陆器在分离后15分钟启动下降发动机,成功着陆在火星南纬45°,西经158°区域,地面也接收到来自火星3号传回的图像,但在14.5秒后所有遥测信号中断,最可能的原因是着陆器在着陆后遇到尘暴,沙尘暴环境造成的电晕击穿破坏了着陆器无线电设备,或是破坏了着陆器上的其他关键系统。火星3号着陆器在科学任务上未能取得成功。

2013年4月11日,NASA宣布火星侦察轨道器搭载的高分辨率成像科学设备,拍摄的影像中发现了可能是火星3号的登陆地点,影像中拍摄到了火星3号的降落伞、减速火箭、防热盾和登陆艇。

苏联 火星6号、7号 姊妹探测器双双失败

与火星2号、3号一样,火星6号、7号也是一对结构相同的姊妹探测器,由轨道器与着陆器组成,它们外形也与火星2号、3号基本相同。

不同的是,火星6号与7号的着陆器比火星2号、3号重1倍。火星6号于1974年3月12日抵达火星,着陆器在进入火星大气层,下降过程中收集并发回了224秒的火星大气数据,但由于计算机芯片因设计缺陷在巡航途中不断恶化,许多数据难以判读。着陆器在主伞打开后148秒,即落地前几秒时所有信号中断,失去联系,其原因可能是制动火箭点火故障,撞击火星表面的速度估计高达61米/秒。

火星7号着陆器则在1974年3月9日,姿控发动机或制动发动机故障,比预期与火星交会时间提前4小时就将着陆舱释放出去,因此着陆器与火星失之交臂,在距离火星表面1300千米处飞越火星而去。故障原因也是计算机芯片缺陷导致计算机工作异常,使整个探测任务失败。

苏联 福波斯1号 2号

在经历多年失败后,苏联开始转而探测火星的两颗卫星。与以往一样,苏联派出了两艘结构相同的探测器作为双保险,它们就是1988年升空的福波斯1号,2号。

福波斯姊妹号由轨道器与着陆器组成,总质量6.2吨,两艘探测器一旦抵达火卫一,将释放数个着陆器。这次计划除了俄罗斯之外,还有其他14个国家参与合作,其中包括美国。

福波斯1号在发射后约2个月,即1988年9月2日与地球通信中断,任务失败。诊断认为是当年8月29日与30日地面人员上传的软件存在差错造成的。在长达20至30页的指令程序中,遗漏了最后一位数字。另一种说法是发送一连串数字中的“+”与“-”发生混淆,其结果是使姿控发动机关机,太阳能电池因此无法对日定向,天线无法指向地球,在电池耗尽后探测器失去控制

大图为福波斯抵达火卫一艺术效果图,右侧小图为福波斯2号在失去联系前拍摄的火卫一图像,拍摄距离430公里,图像分辨率为80/420米。

福波斯2号在发射后系统尚比较正常,于1989年1月29日进入火星轨道,近火点865千米,偏心率0.903。但在接近火星轨道前,探测器已发生一系列故障,三台计算机只有一台能正常工作,其余两台已停机,三个TV通道已有两个失去作用,只能使用备用发射机工作,许多仪器开始发热,一些已经停止工作。

在探测器开始最后一次机动,使它进入离火卫一表面50米范围内,以便释放两个着陆器前,福波斯2号突然与地球联系中断,但在进入过程中进行了一系列福波斯地貌、矿物与大气的红外探测。

图为发射前在地面测试的火星96

火星96是俄罗斯在1996年进行的火星太空探测计划,火星96是基于1988年福波斯1号、2号的架构建造而成,火星96的设计者也相信已将福波斯探测器的缺陷修复,遗憾的是火星96在发射阶段就宣告失败,永远无法证明错误是否已经被修正。

在当时,火星96号称是最重的行星际探测器,重6.18吨,这是一项野心勃勃的探测任务。火星96包括1个轨道器、2个着陆器、2个表面穿透器,甚至还有1个火星气球。不仅探测方式众多,也是多国合作项目,包括美俄法英等20国参与。

火星96轨道探测器的模型

火星96由质子-K/DM组级运载火箭发射升空,直到进入停泊轨道时情况一切正常,但在按程序启动上面级(第四级)二次点火4秒后,燃烧就终止了。

探测器随后与上面级分离,并启动自动发动机,但它没有足够的能量飞向奔火轨道,只是提升了远地点高度,而近地点仍在70千米高度的大气层中,飞行三圈后坠落在南太平洋中。

由于事故发生时,探测器已不在俄罗斯地面站遥测范围内,而南大西洋又没有测量船,因此未能观测到上面级最后燃烧情况,但多数看法认为这是导致事故的主要原因。

火星极地着陆者号登陆火星南极艺术效果图

火星极地着陆器发射于1999年1月,它携带了两个小着陆器:深空-2探测器,主要有效载荷是统称为火星挥发物与气候勘测仪的4台仪器,用于研究火星过去和现在的气候,寻找各种形态水的证据,着陆地点为火星南极,并试图在火星极地寻找水冰,在发射后经11个月的巡航,于1999年12月3日抵达火星。但在着陆过程中,由于软件出现问题,与地面失去联系,任务宣告失败。事故分析认为很可能是设计缺陷导致了制动发动机过早关机,从而造成了探测器坠毁。

正在地面进行组装测试的火星极地着陆者号

火星极地着陆器过早关机发生在探测器三个着陆支架伸展时,支架伸展动作有可能产生意外的信号,表示支架已经触及地面。制动发动机根据这个信号在探测器距离火星表面尚有40米时就提前关机了。正常的计算机软件本应能排除这种虚假性的信号,但由于程序中的设计缺陷,使控制系统认同了这种假象,导致了任务失败。

火星极地着陆器携带有一枚麦克风,原计划用于记录火星南极的风声,但因着陆失败导致未能实施,火星极地着陆器也是目前唯一前往火星南极区域的着陆任务,它的继任者–凤凰号于2008年成功降落在火星北极附近,并在着陆地点冻土之下发现水冰。

欧洲第一个火星着陆器:小猎犬2号(图为模型)

小猎犬2号是欧洲首个火星着陆器,2003年12月由母船火星快车释放,在释放后第六天,当小猎犬2号正准备按计划进入火星大气层时,失去所有联系。由于完全失联,因而曾被质疑其根本没登陆火星,而是被弹出大气层,进入环日轨道;亦有其已抵达火星表面,却因与火星地表坚硬物体发生撞击而撞毁,或因其它错误而无法与地球联系的质疑。

但是在2015年1月16日经多国研究人员确认,小猎犬2号其实已于2003年时成功登陆在火星表面,只是因故未能完成部署开始运作。

图为科学家在MRO影像中发现的小猎犬2号踪迹

2015年1月16日,一名欧空局火星特车计划前成员麦可·克隆在分析由NASA火星环球勘探者上搭载的高分辨率成像科学设备(HiRISE)拍得的火星照片时,发现了火星表面小猎犬2号踪迹。之后由NASA喷气推进实验室、小猎犬2号计划与HiRISE计划等单位进行的一连串影像分析证实,小猎犬2号并未在登陆的过程中烧毁或撞毁,十一年来一直停泊在当年的着陆地点伊希地平原(Isidis Planitia)。

照片中显示小猎犬2号成功着陆,但太阳能板未能全部展开,主降落伞紧邻在一旁。因通信天线在太阳能板下面,故欧空局当年无法和小猎犬2号建立通信。

图为发射前在地面测试的福波斯-土壤号

福波斯-土壤号是俄罗斯近十年来唯一一次火星探测任务,用于在火卫一表面着陆,采集200克火卫一土壤样品并送回地球进行分析,以确定火卫一的年龄、土壤组成以及与火星的相互关系。样品将被储藏于返回器中,容量满时脱离主探测器,进入火卫一轨道后返回地球,在哈萨克斯坦境内硬着陆。

福波斯-土壤号于2011年11月8日升空,第二次变轨前定向系统发生故障,未能脱离低地球轨道。俄国调查结果认为是电子设备上的两块芯片遭遇空间辐射损坏,致使探测器搭载的计算机程序崩溃导致任务失败。

来源: 腾讯太空 ,2016-10-21