北京時(shí)間 2020 年 7 月 20 日凌晨 5 點(diǎn) 58 分，阿聯(lián)酋首顆火星探測(cè)器“希望”號(hào)由日本運(yùn)載火箭發(fā)射升空，發(fā)射地點(diǎn)位于日本的種子島航天中心。

　　根據(jù)軌道設(shè)計(jì)，該探測(cè)器要經(jīng)過(guò)大約 200 天的飛行，2021 年 2 月份才能抵達(dá)火星。其主要的科學(xué)目標(biāo)是研究火星氣候演變以及天氣狀況，例如沙塵暴等。希望號(hào)團(tuán)隊(duì)表示，這是第一顆真正的火星氣象衛(wèi)星。設(shè)計(jì)壽命為 2 年。

　　希望號(hào)探測(cè)器的組成和科研目標(biāo)

　　希望號(hào)探測(cè)器由阿聯(lián)酋和美國(guó)科羅拉多大學(xué)波德分校聯(lián)合研制，重 1.35 噸，大小與一輛轎車相仿。由兩個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電板供電，總功率 1.8 千瓦，這和家用電水壺的功率差不多。探測(cè)器搭載有直徑 1.5 米的高增益天線以及若干低增益天線。此外，探測(cè)器利用恒星跟蹤定位儀來(lái)進(jìn)行導(dǎo)航。

　　上面我們提到，探測(cè)器重 1.35 噸，其中接近一半的重量為燃料，燃料主要用于 6 臺(tái)推力為 120 牛頓的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行變軌使用。探測(cè)器的姿態(tài)調(diào)整采用的是動(dòng)量輪裝置，動(dòng)量輪的原理并不復(fù)雜，就是利用不受外力矩系統(tǒng)的角動(dòng)量守恒的原理，當(dāng)輪子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，探測(cè)器就向逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。這種裝置可以不用消耗燃料進(jìn)行探測(cè)器的姿態(tài)調(diào)整，是一種在太空中普遍使用方法。希望號(hào)探測(cè)器搭載有三種主要的儀器，他們分別是：

　　1、探索成像儀(EXI)：這是一種多波段相機(jī)，能夠拍攝高分辨率圖像，可以對(duì)火星大氣中的水蒸氣、冰晶、沙塵、氣溶膠以及臭氧進(jìn)行測(cè)量。

　　2、紅外光譜儀(EMIRS)：用于測(cè)量火星大氣中的水蒸氣、冰晶和沙塵的溫度。

　　3、紫外光譜儀(EMUS)：用于測(cè)量火星的全球特征和火星大氣熱層的變化，為了解開(kāi)氫和氧的丟失問(wèn)題。

　　日本提供運(yùn)載火箭

　　H-IIA 運(yùn)載火箭直徑 4 米，高度 53 米，屬于捆綁式兩級(jí)火箭。火箭芯級(jí)采用氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)，外加 2 或 4 枚固體火箭助推器(根據(jù)執(zhí)行任務(wù)不同進(jìn)行調(diào)整)。近地軌道的運(yùn)載能力為 10 到 15 噸，地球同步轉(zhuǎn)移軌道的運(yùn)載能力為 4 到 6 噸。

　　H-IIA 火箭的運(yùn)載能力與我國(guó)的長(zhǎng)征三號(hào)乙火箭相當(dāng)。長(zhǎng)三乙是我國(guó)主力運(yùn)載火箭，發(fā)射載荷主要為地球靜止軌道通信衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、北斗導(dǎo)航衛(wèi)星和月球著陸探測(cè)器等。

　　美國(guó)提供深空測(cè)控網(wǎng)

　　火星探測(cè)器離開(kāi)地球，在飛往火星的過(guò)程中需要精確測(cè)控。由于探測(cè)器的距離很遠(yuǎn)，發(fā)出的信號(hào)隨著距離的增加而衰減，這就需要有強(qiáng)大的深空測(cè)控能力。阿聯(lián)酋目前尚不具備這種能力，因此需要美國(guó)幫助測(cè)控和信號(hào)回傳。

　　美國(guó)深空網(wǎng)(DSN)是由美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室管理的一個(gè)先進(jìn)的測(cè)控網(wǎng)，是為了對(duì)執(zhí)行月球、行星和行星際探測(cè)任務(wù)的航天器進(jìn)行跟蹤、導(dǎo)航與通信而建立的地基全球分布測(cè)控網(wǎng)。

　　為了克服地球自轉(zhuǎn)影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)深空航天器的連續(xù)跟蹤，深空網(wǎng)的布局通常是在全球范圍內(nèi)經(jīng)度上間隔 120 度布站，這樣就可以確保對(duì)距離地球表面距離在 3 萬(wàn)千米以上的航天器進(jìn)行連續(xù)跟蹤。

　　美國(guó) NASA 深空網(wǎng)由在全球按經(jīng)度間隔 120°分布的三個(gè)深空通信綜合設(shè)施組成，分別位于美國(guó)加州的戈?duì)柕滤雇?、西班牙的馬德里和澳大利亞的堪培拉，深空網(wǎng)的操作控制中心位于美國(guó)加州帕薩迪納的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)。NASA 深空網(wǎng)是目前世界上規(guī)模最大、能力最強(qiáng)的深空測(cè)控系統(tǒng)。

　　除了美國(guó)深空網(wǎng)，歐空局也有自己的深空網(wǎng)。近年來(lái)，我國(guó)為了深空探測(cè)的需要，也建立了自己的深空網(wǎng)，嫦娥探月計(jì)劃的成功實(shí)施，深空測(cè)控網(wǎng)功不可沒(méi)。根據(jù)官方報(bào)道，我國(guó)將于 7 月 20 日至 7 月 25 日擇機(jī)發(fā)射“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器，這得益于我們除了擁有推力強(qiáng)勁的長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭之外，還擁有獨(dú)立的深空網(wǎng)。

　　大家比較熟悉的，有西安衛(wèi)星測(cè)控中心的喀什測(cè)控站、以及佳木斯深空站等。其中，佳木斯深空站，位于中國(guó)黑龍江省佳木斯市，2013 年建成。

　　阿聯(lián)酋為什么要探測(cè)火星?

　　上面介紹了那么多細(xì)節(jié)，你可能要問(wèn)，阿聯(lián)酋為什么要探測(cè)火星?

　　太空的深邃浩渺本身就吸引著地球上的每一個(gè)人，星辰大海也是每一個(gè)民族的夢(mèng)想。當(dāng)具備經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件，都會(huì)嘗試去探索。雖然阿聯(lián)酋在技術(shù)實(shí)力上尚不具備獨(dú)立探索火星的能力，但是他們可以通過(guò)與其他國(guó)家合作來(lái)完成這個(gè)夢(mèng)想。

　　根據(jù)官方說(shuō)法，阿聯(lián)酋希望通過(guò)這次的火星探測(cè)來(lái)激發(fā)年輕人仰望星空，探索宇宙的希望之心。此前，阿聯(lián)酋曾提出過(guò)“2117 火星定居計(jì)劃”，本次發(fā)射也彰顯了這個(gè)決心。該火星探測(cè)器將于明年(2021 年)抵達(dá)火星，正好是阿聯(lián)酋成立 50 周年。

　　為什么 2020 年三個(gè)國(guó)家扎堆去火星?

　　你如果關(guān)注太空，會(huì)知道今年有三個(gè)國(guó)家向火星發(fā)射探測(cè)器：我國(guó)的“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器、美國(guó)的“毅力”號(hào)火星車和本次阿聯(lián)酋的“希望”號(hào)探測(cè)器。其中，天問(wèn)一號(hào)將于 7 月下旬到 8 月上旬擇機(jī)發(fā)射，“毅力”號(hào)將于 7 月 30 日到 8 月 15 日之間發(fā)射。

　　如果錯(cuò)過(guò)了 8 月 15 日這個(gè)最后的窗口日期，那么要繼續(xù)等兩年。這是為什么呢?

　　簡(jiǎn)單來(lái)講，這是因?yàn)榈厍蚝突鹦沁\(yùn)行在不同高度的軌道上，火星的公轉(zhuǎn)周期接近地球公轉(zhuǎn)周期的兩倍。從地球向火星發(fā)射探測(cè)器就要等到這兩顆行星處于一定的相對(duì)位置時(shí)再發(fā)射，最節(jié)約燃料。具體來(lái)講，在軌道上，當(dāng)火星超前地球 44 度左右時(shí)是最佳發(fā)射時(shí)機(jī)。這時(shí)候的飛行軌道就是所謂的“霍曼軌道”。這種時(shí)機(jī)，兩年多才有一次，因此，錯(cuò)過(guò)今年的發(fā)射窗口，就要再等兩年多。

　　人類為什么熱衷于探索火星?

　　火星是太陽(yáng)系內(nèi)與地球環(huán)境最接近的行星，有一定厚度大氣層，有堅(jiān)固的地表，還封存有大量冷凍狀態(tài)的水。因此，在未來(lái)，火星是存在移民可能性的行星。

　　另外，火星還可能存在像微生物這種低等形式的生命，這也是世界各國(guó)熱衷探索火星的重要原因。
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