[科普中国]-火星极地着陆器探测器

任务概况

NASA的“火星勘测98计划”包括2个探测器，即“火星气候轨道器”(MCO)和“火星极地着陆器”。根据计划，这2个探测器将几乎同时到达火星，对火星大气、气候和表面特性进行同步测量。“火星气候轨道器”于1998年12月11日用“德尔它”火箭发射，任务目标是监测火星大气尘埃和水汽，绘制火星气候变化演变图。1999年9月23日，“火星气候轨道器”到达火星附近并按计划进行了入轨机动，但经过火星背面之后就与地面失去联系，随后坠入火星大气烧毁。事故调查表明，故障原因是地面发出的英制指令未转换成公制指令，致使导航信息错误，造成通信失败和任务损失。1

按照计划，“火星极地着陆器”进入火星大气后将释放2个穿透器．使其以200m/s的速度撞击火星表面，钻取火星表层以下土壤进行分析。1999年12月3日，探测器到达火星附近，但在准备进入火星大气前6min与地面失去联系，随后坠毁在火星表面。调查表明，探测器在降落期间打开着陆架时发送了错误信号，使制动发动机提前关机，导致探测器下降速度过快而坠毁。1

着陆过程美国航空航天局于1999年1月发射了由喷气推进实验室研制的火星极地着陆器，该飞行器于1999年12月3日到达火星。计划在火星南极登陆后工作9个月，进行火星气候等3项科学研究。飞行器在执行着陆过程后没有按原计划向地球发回任何信息。经地面工作人员尽力联系，终告失败。2

火星极地登陆器的着陆过程如图2-1所示。着陆器在8800m的高度首先打开降落伞，然后在2500m高度测高雷达开始工作。当着陆器到达火星表面1500m的上空时，着陆器的3条机械腿便展开。在1200m的高度，着陆器与降落伞分离，同时反推火箭发动机开始制动。反推火箭发动机着陆时在系统控制下立即关机。在着陆器的每条机械腿上都有1个霍尔效应磁传感器，用来感受着陆器是否已经触及火星地面，并在触及地面的50ms内关闭反推火箭发动机，从而完成着陆的过程。2

着陆器于1999年12月3日到达火星上空后工作正常。在准备进人火星表面6.5h前，进行了最后一次轨道修正。在12时02分，飞行器调整到降落姿态。此时按照飞行计划，飞行器的天线偏离地球指向，信号自然消失。着陆器计划在12时14分着陆，并且在24min后向地球发送45min的数据。但是，地球上再没有接收到任何发回的信号。2

地面工作人员与登陆器取得联系的努力一直持续到2000年1月17日，均无效果，于是飞行任务机构宣布结束这种努力。

主要性能参数探测器由巡航级和着陆器组成。其中着陆器质量为293kg，高1.06m，宽3.6m，主结构为六边形，由3条铝合金着陆腿支撑。2个太阳翼从基座的2个对边伸出，基座上安装有2m长的机械臂、中增益碟型天线和UHF天线。

巡航级装有4个肼燃料推进模块，每个模块包括1个22N的推力器(用于轨迹修正)和1个4.4N反作用控制推力器(用于姿控)。巡航飞行期间，探测器采用三轴稳定，由星敏感器、太阳敏感器和惯性测量单元提供姿态信息。着陆器的EDL系统包括3组(每组4个)266N的脉冲调节制动发动机。采用4波束多普勒雷达系统和姿态测量系统提供下降、着陆期间的高度数据和姿态信息。巡航期间通过巡航级上的X频段中增益天线与地面通信，着陆器通过UHF天线与“火星气候轨道器”通信，再由后者将数据传回地球。巡航期间的电源由巡航级上面积为3.1平方米的太阳翼提供。在火星表面着陆后，着陆器电源由2个总面积2.9平方米的太阳电池阵和16A·h的氢镍电池组提供。1

有效载荷探测器有效载荷包括火星下降成像仪、立体成像仪、机械臂相机、气象学仪器包、热和析出气体分析仪、激光测距仪、火星挥发物和气候仪器包。1

相关新闻新华社洛杉矶2005年5月8日电:美国宇航局一艘飞船5年前在进入火星大气层时“失踪”。美国科学家最近声称发现了这艘名为“火星极地着陆者”的飞船的残骸。3

1999年12月美国宇航局与“火星极地着陆者”失去了通信联系。这艘宇宙飞船当时试图进入火星大气层,以研究火星上的天气并寻找火星上长期气候变化的证据。美国宇航局曾因“火星极地着陆者”事故而受到批评。

美国科学家迈克尔·马林在即将出版的新一期《天空与望远镜》杂志上报告说,通过重新检查美国“火星环球勘探者”探测器上一台相机于1999年和2000年拍摄的照片,他找到了“火星极地着陆者”残骸的踪迹。

马林称,通过分析照片他发现了“火星极地着陆者”着陆时使用的降落伞。距降落伞几百米远的地方是一片被扰乱的地带,该地带中央有一个较大的标记。马林认为,这可能就代表着“火星极地着陆者”飞船的残骸。3

马林认为,当时“火星极地着陆者”穿越火星大气层和打开降落伞的过程基本上是成功的,灾难发生在着陆前很短的一段时间里。美宇航局几年前公布的事故调查报告曾得出结论认为,原计划在火星南极着陆的“火星极地着陆者”在着陆前发动机过早关闭,结果导致了飞船坠毁。

美宇航局喷气推进实验室的一名发言人表示,目前关于“火星极地着陆者”残骸的照片还不具有权威性。马林说,今年晚些时候,美宇航局“火星环球勘探者”探测器将对“火星极地着陆者”的出事地点进行重新检查,有望发回更高分辨率的照片,“火星极地着陆者”的归宿届时将有定论。3