[科普中国]-火星快车探测器

探测器概况

“火星快车”探测器由欧洲航天局耗资3亿欧元研制，重达2吨，上面携带了欧洲各国的7台科学仪器。

按计划，它应于2003年6月发射上天，在进入地球轨道后，将环绕地球飞行90分钟，再由专门的动力火箭将其送人真正的星际空间。经过长达6个月的星际远航，“火星快车”最终于2003年12月26日到达火星附近。“火星快车”就从轨道上对火星进行全火星年(669个火星日，相当于687个地球日)观测，主要任务是对火星表面进行拍摄。2

然而，俘获轨道的倾角并不完全合乎了科学家需要的轨道倾角，并且它的远火点对于观测而言距离过远。因此太空船还要经历一次调整，使其进入一个更为合适并接近火星表面的极轨道(轨道倾角87°)。这个调整要由主发动机的4次点火来实现。首先是在远火点点火，以改变轨道倾角，然后在近火点点火(离火星表面250千米的最近点)以减少远火点的高度。2

“火星快车”将以每6.7小时环绕火星一周，从11583千米远的远火点(440天后将会降为10243千米)行驶到距火星表面不到250千米的近火点。当到达近火点时，“火星快车”会“转身”，面向火星，从而使它携带的7种科学仪器可以执行测量任务，并且它的高性能天线也可以接受来自火星表面的“猎兔犬-2号”登陆车发送的数据。当飞船远离火星时，它的天线又将会指向地球，以便与地面控制站进行通信。2

“火星快车”抵达轨道后，它携带的“猎兔犬一2号”着陆器将与探测器分离，并借助减速伞在火星赤道以北的伊希迪斯平原降落，对火星表面进行为期180个火星日的考察。

“猎兔犬-2号”着陆器重45千克，可以挖掘几十厘米深的火星表层土壤，并可对土壤颗粒进行分析，能分辨出180种盐分、矿物质、水和有机物质。此外，着陆器还可以记录火星大气温度、气压和风速等有关数据，并将收集到的信息发送回地面。2

“火星快车”包含一系列的基本部件：轨道飞行器及其相关设备、登陆车、一个地面及数据处理站的通信网，还有运载火箭自身。

这些设备都是由欧洲航天局和业内经验丰富的工程师团队以及数以百计的世界各国的科学家支持和维护的。

至2008年，“火星快车”已检测出火星中的甲烷含量并收集了火星上有水的大量证据。除了科学方面的任务，“火星快车”还提供地球与其他国家部署的登陆车之间的通信中转服务，因而成为国际火星探索工作的枢纽部分。2

科学目标“火星快车”的科学任务主要包括：对火星全球进行10m 分辨率的摄影地质学测绘；对所选择的地区进行2m 分辨率的摄影测绘；以数百米至千米级的分辨率对火星全球表面进行矿物学测绘；对火星大气环流特性和大气成分进行测绘；对火星地表下数千米至永久冻土层的结构特性进行探测；对于火星大气与地表及行星际介质间的相互作用进行研究；通过无线电科学试验对火星内部、大气和环境进行研究；开展火星表面“地球化学”和外空生物学的研究。3

有效载荷“火星快车”上装载的有效载荷主要有：高分辨率和超分辨率立体彩色成像仪（HRSC）、行星傅里叶光谱仪（PFS）、红外矿物学探测光谱仪(OMEGA)、紫外和红外大构成大系统的各分系统的匹配性。在集成过程中，试验与测试二者是一体的。3

主要性能参数“火星快车”的主体结构为长方体，尺寸为1.5m×1.8m×1.4m，发射质量为1223kg，其中推进剂质量427kg，有效载荷质量116kg，猎兔犬-2着陆器质量7l kg。探测器侧面安装有高增益天线及仪器。“火星快车”探测器的轨道参数见下表。

|| || “火星快车”探测器轨道参数

探测器的推进分系统采用双组元推进剂，2个推进剂贮箱，每个容积为270L。1个400N推力主发动机，8个10N推力器。电源分系统采用对称分布的双太阳翼，太阳翼翼展12m，总面积为11.42m2。太阳翼在火星轨道上的总功率为650W，在日食期间采用3个22．5A·h的锂离子电池组供电。姿控分系统继承了“罗塞塔”彗星探测器的设计，包括2个星敏感器、6个激光陀螺仪、2个粗太阳敏感器、加速度计和反作用轮。在离开地球不远处，采用40cm的低增益天线进行S频段通信。远离地球时，采用1.6m直径的碟型高增益天线与地球进行X频段和S频段通信。从地球到火星的信号传输时间约70min。探测器上大多数单元的温度由仪器箱集中控制(10～20℃)。探测器的星上计算机装有容量为12Gbit的固态大容量存储器。1

“火星快车”轨道器携带7种有效载荷：高分辨率立体相机、可见光和红外矿物学测绘光谱仪、火星表层及电离层探测先进雷达、行星傅里叶光谱仪、火星大气特征分光探测仪、空间等离子体、高能原子分析仪和火星射电科学装置。

猎兔犬-2着陆器携带的有效载荷包括气体色谱仪与质谱仪、样品处理系统、机械臂与挖掘机、望远镜、全景广角相机、X射线光谱仪和环境敏感器。1