火星探测计划

中国火星计划

火星探测是我国首次开展的地外行星空间环境探测活动，神舟飞船只是飞上几百公里的太空，“嫦娥”飞船则要飞38.4万公里到月球，而眼前“萤火一号” 遥远的火星之旅却得走完整整3.5亿公里的漫长路程，这是我国深度空间技术和航天器研制水平的飞跃。

舒展起宛如长臂般的蓝色太阳帆板，六面体的白色身躯上布有摄像头，5月21日，中国首个火星探测器“萤火一号”在上海闵行区博物馆第一次揭开它的神秘“面纱”。

而在展示“萤火一号”模型的同时，其设计方上海航天局有关人士还透露了2009年我国首次探测火星的发射计划、使命任务以及“萤火一号”身上的奇妙特性。

走完3.5亿公里漫长路程

作为位于地球外侧最近的一颗行星，火星和地球的最近距离5670万公里，最远距离则有4亿公里，现在认为它有稀薄的大气，也有四季交替的气候变化，但 它依然是人类至今未能到达的神秘领域。2007年4月，中俄两国总理举行会晤，签署了火星探测项目合作相关文件。按照任务分工，中国火星探测器由上海航天 局负责总研制。

“它是继载人航天、探月工程后，我国又一次重大航天科学计划。”指着眼前初步命名为“萤火一号”的火星探测器模型，上海卫星工程研究所火星探测项目的 负责人陈昌亚激动地说，此前我国的“神舟”飞船只是飞上几百公里的太空，“嫦娥”飞船则要飞38.4万公里到月球，而眼前“萤火一号”遥远的火星之旅却得 走完整整3.5亿公里的漫长路程，这是我国深度空间技术和航天器研制水平的飞跃。

模型仅一辆自行车大小

5月21日在沪现身的“萤火一号”模型只有一辆自行车的大小，届时它的实际质量将重达110公斤，体积有750×750×600mm，太阳帆板展开将 达到7.85米，设计寿命2年，身为首位火星“探测兵”，它将携带等离子探测包、掩星探测接收机、光学成像仪和磁通门磁强计等先进的有效载荷。

“我们的探测器将和俄罗斯的探测器一起飞往火星。”上海航天局有关人士昨天介绍了“萤火一号”抵达火星的全过程——即2008年4月探测器完成初样， 2009年6月完成真样，根据协议，2009年10月，“萤火一号”将与俄方的火星土壤采样返回探测器Phobos-Grunt(简称“福布斯探测器”) 一起由俄运载火箭同时发射，发射地点是在哈萨克斯坦境内的拜科努尔航天发射中心。

2010年进入火星轨道探测

升空后，“萤火一号”将在距地面200公里的远轨道飞行4小时，然后启动主发动机，飞到距地面1万公里的过渡椭圆轨道无动力飞行26个小时。紧接着， “萤火一号”将迎来彻底告别地球的那一时刻，伴随着主发动机的再次启动，它就将进入从地球到火星的双曲线轨道，开始预计长达10到11个半月的太空旅程。

到2010年，“萤火一号”将由俄方探测器送入绕火星的椭圆形轨道，此刻太阳帆板将会展开，完成对太阳、对地球和对火星三个工作模式的切换，在近火点 (距离火星最近的点)800公里、远火点80000公里、轨道倾角正负5度的火星大椭圆轨道上开展火星空间环境的科学探测，正式开始履行它的火星探测使 命。

美国火星计划

美国的火星协会制定出一套详细的改造火星计划，而且计划正如“愚公移山”一般地逐步实施，也许1000年后，我们的子孙将生活在火星上。

火星是除金星之外离地球最近的行星，由于运行轨道的变化，它与地球的距离在5570万公里～12000万公里之间。夜间天空中的火星荧荧如火，亮度常变，令人迷惑，所以中国古代称火星为“荧惑”。而在古罗马神话中，它被想象为身披盔甲、浑身是血的战神“马尔斯”(Mars)，这也是火星英文名字的由来。

这颗让古代人类充满幻想的星球，如今又成为人类的希望所在，因为火星是目前科学家勘探到的环境最接近地球的星球。如果要寻找另外一个适合人类居住的星球，火星肯定是第一候选。

虽然人类至今还没有亲自到过火星，只派出过探测器登上了这颗红色星球，但是，人类的幻想却是无止境的。现在美国宇航局(NASA)的火星登陆计划已经开始逐步实施，根据白宫的计划，美国人将在2030年登陆火星；而俄罗斯更是提出，要在2015年将宇航员送上火星。这些大胆的航天计划，将是人类移民火星的第一步。

随着人类对火星的了解越来越多，不少科学家，甚至美国宇航局都已经开始进行移民火星的科学探索。在这些“火星发烧友”中，最热心的要算美国著名的“火星协会”了。总部位于美国科罗拉多州的火星协会是一个非营利性科研组织，有5000名付费会员，他们来自世界29个国家，既有来自美国洛克希德马丁公司、美国宇航局的顶尖科学家，也有来自世界各地的火星探险“发烧友”，他们目标只有一个——那就是争取实现人类移居火星。

千年计划惊世骇俗

要想移居火星，先要了解一个概念——(外星)环境地球化，这个词的意思是“改变外星的环境，如大气层里的气体，使之接近地球的自然环境”。对于火星来说，最重要的是要让火星上生成人类赖以生存的氧气。对于这一目标，很多科学家认为需要2万至10万年的时间，因而是遥不可及的。但火星协会的创始人、科学家罗伯特·祖柏林认为，这个过程只要大约1000年时间就可以完成。

祖柏林把自己的工作跟哥伦布发现新大陆相提并论，如今他已经制定出一套详细的改造火星计划，而他领导的火星协会则将如“愚公移山”般逐步实施这个惊世骇俗的移民计划，也许1000年后，当温室效应最终摧毁我们的家园的时候，祖柏林的移民计划会成为人类的“诺亚方舟”。

祖柏林宏大的改造计划共分5步，这些性急的“火星人”甚至设计好了未来火星共和国的国旗，这面好似法国国旗的旗帜，颜色不是法兰西的蓝白红，而是红绿蓝。

第一步：达到“环境地球化”的临界点

完成自给自足的定居点从而移民火星具体计划的第一步，则是先让火星达到“环境地球化”的临界点——使这个寒冷的星球变暖。现在火星赤道附近的温度有时可以达到0℃以上，要使火星的冰冻物质完全融化，至少需要使火星的外层大气达到40℃左右。与地球正在努力遏制温室效应不同，祖柏林表示人类将要在火星上制造一场“巨大的温室效应”。在祖柏林的计划中，完成这一步的时间为2150年左右。祖柏林提出了三个让火星变暖的方案，其中第三种方案得到许多科学家的赞同。

方案一：太空镜

祖柏林给火星加热的第一个方案是一面大镜子，这面镜子的直径将超过120公里，在火星表面21公里以上的轨道运行。这面镜子将把太阳光反射到火星指定区域，以释放出冷冻地表下面的大气和水。

不过，这面太空镜子太大了，人类目前的科学水平还造不出这样的太空镜。

方案二：小行星撞击

太空中很多小行星都是由冷冻的氨气构成的，而氨气则是重要的温室气体。祖柏林的计划是，让一颗直径2.5公里左右的小行星去撞击火星，撞击产生的巨大能量将使火星上的1万亿吨冰融化成水，而小行星撞击后释放的氨气也可以让火星大幅升温。他估计，40次这样的撞击就可以使火星达到适合人类居住的水平。不过，实现这一方案的科学难度也很大。

方案三：制造温室气体

祖柏林的第三种方案是在火星上人工制造温室气体，这是被认为最为可行的方案。和许多科学家一样，祖柏林认为四氟化碳是最有效的温室气体，他计划在火星上建几处化工厂，不停地制造四氟化碳。根据计算，如果每小时排放1000吨这种气体，30年内火星的平均温度将升高27.8℃。这项过程预计耗能5000兆瓦，5个核电站就可以满足这些能量需求。

第二步：释放火星土壤中的大气

现在的火星上只有稀薄的大气，但在30亿年前，火星的表面包围着厚厚的二氧化碳大气层。由于火星变冷，大部分二氧化碳都被土壤吸收冰冷冻起来。当人类完成改造火星第一步后，温暖的气候将使这些二氧化碳释放出来。祖柏林表示，“土壤中释放出来的二氧化碳可以在20年内让火星温度再升高5.6℃，这时候一些冰开始融化成水，水也开始蒸发，并形成雨雪等天气现象。”根据他的计算，到2200年，火星表面将拥有0.1个大气压的二氧化碳。

第三步：种植植物

随着土壤中二氧化碳的不断释放，到2250年，火星上的大气含量将达到0.21个大气压，相当于地球的五分之一，其中大部分是二氧化碳。此时的火星居民不用穿太空服就可以走出户外，当然他们还需要氧气袋；普通飞机可以在火星上起降；人们还将建设一个带有穹顶的封闭型城市。

一旦火星赤道附近的温度长年保持在0℃以上，火星上就可以有稳定的液态水供应，到2250年，火星已经可以生长植物，不过祖柏林表示，“最先考虑培育的，应该是能够促进光合作用的菌类和苔藓。”

第四步：收获氧气

植物的生长，意味着氧气的产生，光合作用使二氧化碳逐渐变成氧气。

为了加快制造氧气的速度，火星居民将大规模种植各种植物，并小心处理各种垃圾，因为垃圾腐败会制造大量二氧化碳。此外，基因工程将帮上大忙，祖柏林预计，届时科学家将培育出能释放更多氧气的“超级植物”。

第五步：再等1000年

前面的规划看起来似乎很顺利，50年就可以制造大气，再过50年可以在火星上散步，但接下来的是一个漫长的过程，因为要使火星植物释放出足够人类自由呼吸的氧气，大概需要1000年。在这1000年里，火星居民要不停地种植、收获，努力“生产”更多的氧气。

确认火星上有水

这是加拿大宇航局为“凤凰”号着陆器专门研制的新仪器。它由激光雷达和温度压力测量装置两部分组成，可以监测火星大气层的尘埃、温度等变化，记录火星北极每天的天气状况。

出现在浅表层下的刨冰

在2008年6月19日，NASA宣布由机器人臂掘开的"渡渡鸟金发状毛莨"内，被切成方块大小丛集的明亮物质，经历四天就蒸发掉了，强烈的暗示它们是由刨冰组成的，因为暴露在外而升华了。虽然干冰也会升华，但在目前的条件下他会以比观测到的更快的速度进行。

在2008年7月31日，NASA宣布，就如同在2002年由火星奥德赛轨道船的预测，凤凰号证实了火星上出现的是刨冰。一个新的样品在最初的加热程序中，当样品的温度达到0 °C时，TEGA（热与蒸发气体分析仪）的质谱仪侦测到了水蒸气[7]。液态的水在火星低压的表面是不可能存在的，只有在最低海拔处可能存在很短的时间。

由于凤凰号的状况良好，NASA宣布在2008年9月30日之后继续资助他的运作。科学团队希望能确定是否有足够的刨冰可以解冻供应生活上的需要，以及这些冰中是否含有生命所需的其他物质与化学成分。

另外，在2008年和2009年初，NASA内部在争论凤凰号登陆时出现在着陆脚架上呈雾状聚集的小滴是否是水滴。由于在凤凰号的科学项目中缺乏公众的与论，这个问题从未出现在NASA的任何新闻报导中。

一位科学家指出，登陆艇为保持平衡的盐水袋可能在登陆时被加速器飞溅到登陆艇的脚架上，这些盐份会吸收大气中的水蒸气，这可以解释水蒸气如何在44天的火星日当中，在火星温度下降的过程中如何慢慢的蒸发。

火星比地球小一些，半径为地球的53%，体积为地球的15%，质量为地球的11%，表面重力为地球的38%。火星有稀薄的大气，95%是二氧化碳，还有3%的氮，大气密度约为地球大气的1%。火星每24.63小时自转一圈，并在一条椭圆轨道上以25.2度的倾斜角绕太阳公转，周期为687天，因而与地球一样，有四季分明的气候，冬季最低温度为零下125℃，夏季最高22℃，平均气温-63℃。这样的自然状态虽然仍不适合人居住，但与月球相比，可说有天壤之别。虽然目前在火星上还看不到液态水，但迄今探测发现的大量水流痕迹，至少说明火星上曾经有过滔滔大水，而且科学家们也发现火星两极有大量的冰存在。

此外，火星上的绿黏土和火山灰，有利于植物生长；火星大气中有足够的二氧化碳气体，可提高植物光合作用的效能，使农作物获得比地球上更大的丰收。火星上到处都是氧化铁等氧化物质，可还原出氧气来。火星上有丰富的 能源。如风能比地球上要丰富得多；火星上有地热能；还可利用二氧化碳和氢制造甲烷燃料；也可用重氢进行核发电等等。火星上有火山活动和水流冲击形成的各种金属富矿，这比散布在土石中的月球金属元素优越得多。

“凤凰”号探测器是一个由3条腿支持的平台，平台直径1.5米，高约2.2米；其中心是一个多面体仪器舱，舱左右两侧各展开一面正八边形太阳能电池阵，跨度5.52米。与“火星极地着陆器”相比，“凤凰”号探测器的最大变化是提高了太阳能电池的性能。“凤凰”号探测器携带了7种科学探测仪器，美国宇航局工作人员把它们戏称为7种探索火星生命来源的“秘密武器”，它们分别是：

(1)机械臂(RA)

它是“凤凰”号探测器上最重要的设备，用来挖取火星表面及表面下层的土壤样品。它将挖得的样品送入着陆器搭载的“显微镜电化学与传导性分析仪”和“热与气体分析仪”中进行化验分析。

机械臂长2.35米，有4个自由度，末端装有锯齿形刀片和波纹状尖锥，能在坚硬的极区冻土表面，挖掘1米的深坑。机械臂还可为装在臂上的相机调整指向，引导测量热与电传导性的探测器插入土壤。

(2)显微镜电化学与传导性分析仪(MECA)

它是在“火星勘探者”计划中所使用的仪器基础上略加改进而成的，包括湿化学实验室、光学显微镜、原子力显微镜和热与电传导性探测器4台仪器，用以检测土壤的元素成分以及给土壤样品拍摄成像。

(3)热量和释出气体分析仪(TEGA)

它包括微分扫描热量计和质谱仪两部分，用以对土壤样品的吸热和散热过程进行观测记录，并对加热后释放出的挥发物进行分析。

(4)表面立体成像仪(SSI)

用以测绘高分辨率的地质图和机械臂作业区地图，进行多光谱分析和大气观测。它可拍摄着陆位置地形的高清晰度、彩色、立体图像。

(5)机械臂相机(RAC)

它安装在机械臂末端的挖掘铲上，用以拍摄机械臂采集的土壤样品的高分辨率图像，分析土壤颗粒的类型和大小。

(6)火星下降成像仪(MARDI)

用于在“凤凰”号下降过程中动态拍摄火星表面，勘察着陆点附近的地质情况。

(7)气象站(MS)