今晨，阿聯酋火星探測器升空，中國“天問一號”也將擇時發射_風聞

北京時間今天（7月20日）凌晨5點58分，阿聯酋首顆火星探測器“希望”號由日本運載火箭發射升空，發射地點位於日本的種子島航天中心，率先拉開了2020年火星探測的序幕。預計本週，我國的“天問一號”火星探測器也將在海南文昌發射，美國的“毅力”號火星車則將於7月30日到8月15日之間發射。

撰文 | 喬輝

來源：騰訊太空

北京時間2020年7月20日凌晨5點58分，阿聯酋首顆火星探測器“希望”號由日本運載火箭發射升空，發射地點位於日本的種子島航天中心。

根據軌道設計，該探測器要經過大約200多天的飛行，2021年2月份才能抵達火星。其主要的科學目標是研究火星氣候演變以及天氣狀況，例如沙塵暴等。希望號團隊表示，這是第一顆真正的火星氣象衞星。設計壽命為2年。

1 希望號探測器的組成和科研目標

希望號探測器由阿聯酋和美國科羅拉多大學波德分校聯合研製，重1.35噸，大小與一輛轎車相仿。由兩個太陽能發電板供電，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，探測器利用恆星跟蹤定位儀來進行導航。

上面我們提到，探測器重1.35噸，其中接近一半的重量為燃料，燃料主要用於6台推力為120牛頓的發動機進行變軌使用。探測器的姿態調整採用的是動量輪裝置，動量輪的原理並不複雜，就是利用不受外力矩系統的角動量守恆的原理，當輪子順時針旋轉的時候，探測器就向逆時針轉動。這種裝置可以不用消耗燃料進行探測器的姿態調整，是一種在太空中普遍使用方法。希望號探測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，能夠拍攝高分辨率圖像，可以對火星大氣中的水蒸氣、冰晶、沙塵、氣溶膠以及臭氧進行測量。2、紅外光譜儀（EMIRS）：用於測量火星大氣中的水蒸氣、冰晶和沙塵的温度。3、紫外光譜儀（EMUS）：用於測量火星的全球特徵和火星大氣熱層的變化，為了解開氫和氧的丟失問題。

2 日本提供運載火箭

H-IIA運載火箭直徑4米，高度53米，屬於捆綁式兩級火箭。火箭芯級採用氫氧發動機，外加2或4枚固體火箭助推器（根據執行任務不同進行調整）。近地軌道的運載能力為10到15噸，地球同步轉移軌道的運載能力為4到6噸。

H-IIA火箭的運載能力與我國的長征三號乙火箭相當。長三乙是我國主力運載火箭，發射載荷主要為地球靜止軌道通信衞星、氣象衞星、北斗導航衞星和月球着陸探測器等。

3 美國提供深空測控網

火星探測器離開地球，在飛往火星的過程中需要精確測控。由於探測器的距離很遠，發出的信號隨着距離的增加而衰減，這就需要有強大的深空測控能力。阿聯酋目前尚不具備這種能力，因此需要美國幫助測控和信號回傳。

美國深空網（DSN）是由美國噴氣推進實驗室管理的一個先進的測控網，是為了對執行月球、行星和行星際探測任務的航天器進行跟蹤、導航與通信而建立的地基全球分佈測控網。

圖注：位於西班牙馬德里的70米深空網天線。

為了克服地球自轉影響，實現對深空航天器的連續跟蹤，深空網的佈局通常是在全球範圍內經度上間隔120度布站，這樣就可以確保對距離地球表面距離在3萬千米以上的航天器進行連續跟蹤。

美國NASA深空網由在全球按經度間隔120°分佈的三個深空通信綜合設施組成，分別位於美國加州的戈爾德斯通、西班牙的馬德里和澳大利亞的堪培拉，深空網的操作控制中心位於美國加州帕薩迪納的噴氣推進實驗室（JPL）。NASA深空網是目前世界上規模最大、能力最強的深空測控系統。

除了美國深空網，歐空局也有自己的深空網。近年來，我國為了深空探測的需要，也建立了自己的深空網，嫦娥探月計劃的成功實施，深空測控網功不可沒。根據官方報道，我國將於7月20日至7月25日擇機發射“天問一號”火星探測器，這得益於我們除了擁有推力強勁的長征五號運載火箭之外，還擁有獨立的深空網。

大家比較熟悉的，有西安衞星測控中心的喀什測控站、以及佳木斯深空站等。其中，佳木斯深空站，位於中國黑龍江省佳木斯市，2013年建成。

4 阿聯酋為什麼要探測火星？

上面介紹了那麼多細節，你可能要問，阿聯酋為什麼要探測火星？

圖注：希望號任務徽章。

太空的深邃浩渺本身就吸引着地球上的每一個人，星辰大海也是每一個民族的夢想。當具備經濟和技術條件，都會嘗試去探索。雖然阿聯酋在技術實力上尚不具備獨立探索火星的能力，但是他們可以通過與其他國家合作來完成這個夢想。

根據官方説法，阿聯酋希望通過這次的火星探測來激發年輕人仰望星空，探索宇宙的希望之心。此前，阿聯酋曾提出過“2117火星定居計劃”，本次發射也彰顯了這個決心。該火星探測器將於明年（2021年）抵達火星，正好是阿聯酋成立50週年。

5 為什麼2020年三個國家扎堆去火星？

你如果關注太空，會知道今年有三個國家向火星發射探測器：我國的“天問一號”探測器、美國的“毅力”號火星車和本次阿聯酋的“希望”號探測器。其中，天問一號將於7月下旬到8月上旬擇機發射，“毅力”號將於7月30日到8月15日之間發射。

如果錯過了8月15日這個最後的窗口日期，那麼要繼續等兩年。這是為什麼呢？

圖注：2018年，美國洞察號飛往火星的軌道。其他飛往火星探測器的軌道類似。

簡單來講，這是因為地球和火星運行在不同高度的軌道上，火星的公轉週期接近地球公轉週期的兩倍。從地球向火星發射探測器就要等到這兩顆行星處於一定的相對位置時再發射，最節約燃料。具體來講，在軌道上，當火星超前地球44度左右時是最佳發射時機。這時候的飛行軌道就是所謂的“霍曼軌道”。這種時機，兩年多才有一次，因此，錯過今年的發射窗口，就要再等兩年多。

6 人類為什麼熱衷於探索火星？

火星是太陽系內與地球環境最接近的行星，有一定厚度大氣層，有堅固的地表，還封存有大量冷凍狀態的水。因此，在未來，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，這也是世界各國熱衷探索火星的重要原因。

本文經授權轉載自微信公眾號“騰訊太空”。