印度火星探测风险多 评论称其技术较一般(图)

技术人员正在测试火星探测器“曼加里安”

极轨卫星运载火箭PSLV-C25

印度空间研究组织主席科皮利勒·拉达克里希南

　　新闻背景

　　今年10月底至12月初是每26个月一次的火星探测器发射窗口。在这期间，印度和美国计划各自发射1个火星探测器。其中印度已于11月5日率先成功用极轨卫星运载火箭-C25成功发射了本国研制的第一个火星探测器——“火星轨道器任务”，其音译为目前被广泛使用的“曼加里安”。而发射没几天，在地球轨道上的变轨调整中，已经闹出了一场虚惊。

　　刚迈一小步

　　印度“曼加里安”火星探测器原定于10月28日(其发射窗口为10月21日至11月19日)从南部安德拉邦的斯里哈里科塔发射场升空。但在10月22日，印度空间研究组织表示，由于海上跟踪系统的定位问题(印度派了两艘测控船到斐济附近的太平洋海域跟踪火箭，但是其中一艘船只由于恶劣的天气原因而没有及时到达)，所以不能在10月28日发射“火星轨道器任务”，于是决定推迟到11月5日发射。

　　11月5日的发射还算顺利，但这次发射是印度“极轨卫星运载火箭”发射史上火箭飞行时间最长的一次，一共飞行了44分钟，而以往最长只有18分钟，这主要是在第三级火箭关机和第四级火箭点火之间有长达25分钟的滑行阶段，以便把“曼加里安”精确送入近地点246.9千米、远地点2356千米的地球轨道。

　　其原因是印度的“极轨卫星运载火箭”运载能力较低，它虽然有四级组成(第一级为固体火箭并捆绑6个固体助推器，第二级为液体火箭，第三级为高性能固体火箭，第四级为液体火箭)，但其极轨运载能力最大也只有1.8吨，近地轨道运载能力仅为3吨多，地球同步转移轨道运载能力不到1吨。这主要是由于该火箭直径较小，不到3米，而且有两级使用推力较小的固体火箭，两级液体火箭也使用推力不大的常规推进剂，印度目前还没掌握推力较大的低温液氢液氧发动机技术。所以，发射成功只是印度火星探测迈出的一小步，要想成功探测火星，还要看它未来是否能经受得住此后几大难关的考验。

　　可能有亮点

　　这次，“曼加里安”携带的5台科学探测仪器都是本国自行研制的，总重量为15千克，它们用于研究火星表面、大气和矿物特征，探寻火星上是否有甲烷以及生命迹象，拍摄火星照片，绘制火星表面地图，研究火星环境。

　　近日，美国“好奇”号未能探测到甲烷气体的痕迹(甲烷是碳基生命的一个明显的副产品)，但这仅是来自盖尔陨坑的发现，并不能排除甲烷会在火星其他地方存在的可能性，这就有可能为印度“曼加里安”提供创造亮点的机会。比如当年印度“月船”1号第一次探测月球，就首次在月球表面土壤上找到了水存在的证据。“曼加里安”再获这样的“好运气”也不是没有可能。

　　美国即将发射的“火星大气和挥发性物质演化探测器”项目首席科学家布鲁斯·亚科斯基说：“我将兴奋地看到第一个可靠的甲烷探测结果能够出自火星轨道。”他希望能与印度同行讨论将两个任务得到的数据联合起来的“潜在协同性”。另外，“曼加里安”上的光度计将检测火星大气中的氘氢比例，这正好是对“火星大气和挥发性物质演化探测器”项目的补充。

　　印度火星探测器还能证实火星大气成分、标注火星表面的热点和冰雪区域，并可见证一个十分稀有的天文现象：彗星与火星的相撞(2014年年底，彗星2013 A1可能会撞入火星，可能会激起大量的尘埃云，所以，“曼加里安”和“火星大气和挥发性物质演化探测器”能享受一场视觉“盛宴”)。

　　技术较一般

　　据悉，印度“曼加里安”的研制只用了15个月的时间，而且耗资仅为45亿卢比(约合7300万美元)，是今年11月18日美国将发射的“火星大气和挥发性物质演化探测器”成本(4.55亿美元)的1/6。人们不禁要问，印度火星探测器技术真能“多、快、好、省”吗？其实不然。

　　印度空间探测技术目前还处在初级阶段，只是在2008年发射过一个名为“月船”1号的月球探测器，而且在该探测器上的11台科学探测仪器中，有6台是国外提供的。另外，其设计寿命原定为2年，但实际只工作了10个月就因故障提前结束了使命。此次印度之所以在基础薄弱、资金有限、时间很短的情况下发射火星探测器，主要是为了争夺“亚洲第一”。因为印度在人造卫星、载人航天、运载火箭、月球探测等所有航天领域还没拿过“亚洲第一”，而火星探测目前是亚洲一个空白(虽然日本“希望”号和中国“萤火”1号火星探测器先后在1998年和2011年升空，但都因技术原因没能成功探测火星)，目前成功探测火星的国家只有前苏联、美国和欧洲航天局。

　　为了节省经费，在短期内研制出的“曼加里安”并不十分先进，没有什么特色。它的科学目标是研究火星的气候、地质、起源和演变以及火星上可维持生命的元素，然而这些都是美欧火星探测器已完成过的任务。

　　不过，在推进系统、电源系统和通信系统等方面，印度的“曼加里安”比其“月船”1号更为先进。“曼加里安”的尺寸与一个标准冰箱差不多，重1340千克，干质量为500千克，其他为燃料质量。

　　如果能进入地火转移轨道，“曼加里安”将在深空中飞行大约10个月，于2014年9月24日进入近火点372千米、远火点80000千米的椭圆形火星轨道。

　　需迈多道坎

　　火星历来被称为“探测器的坟场”或“死亡星球”。至今，世界各国先后向火星发射了40多个各类探测器，但其中约1/2都以失败告终。其主要原因是从地球到火星路途遥远，探测器要飞几亿千米、用8至10个月左右时间才能到达火星，所以对轨道设计、运载火箭、控制、通信、电源等技术都提出了很高的要求，稍有不慎就会箭毁器亡。

　　由于印度火箭推力较小，这就给“曼加里安”压了很重的“担子”。该火星探测器不能靠火箭推力直接进入地火转移轨道，因为其速度达不到11.3千米/秒的第二宇宙速度，这需要靠探测器自身的发动机在地球轨道运行时多次点火加速，才能逐渐达到第二宇宙速度。为此，“曼加里安”不仅要消耗许多携带的燃料，还要在地球轨道上运行20至25天。前两天在进行第四次轨道调整时就出了故障，不得不进行了增补的轨道调整，额外费了不少燃料。另外，进入地火转移轨道时对火星探测器的速度、位置、时机和方向有很高的要求，否则会像错过高速公路的出口一样无法在预定时间进入地火转移轨道。此前这类失败的例子不少。

　　即使进入地火转移轨道，“曼加里安”在飞往火星的旅途中也充满风险。因为行星际飞行是一个漫长的过程，从火星探测器上发出电波，经过几亿千米的路程传到地球时信号变得十分微弱(信号的强度与距离的平方成反比)，再加上宇宙空间存在着各种各样的噪声，很容易把传输信号湮没掉。此前，前苏联、美国和日本的部分火星探测器都曾由于中断联系而失落在太空。印度的深空测控通信技术水平不高，深空测控站天线直径最大只有30多米(美国深空测控站天线直径为60～100米)，所以其火星探测器不知是否能通过国际合作，借助欧洲等国外深空测控站迈过这道坎。

　　由于距离远，太阳的辐射强度也大大减弱，所以对“曼加里安”的太阳电池翼也是个考验，没有充足的电力供应，也无法完成预定的火星探测任务。

　　在火星探测器飞往火星的途中，还要对探测器的姿态、运动方向和速度进行多次调整，即进行轨道控制和修正，才能准确地飞到火星，这些操作过程称为制导。如果由地球飞向火星的探测器，出发速度的大小有1/10000的误差(相当于1米/秒的误差)，探测器飞到火星附近时就会有10万千米的偏差，可谓“差之毫厘，谬之千里”。所以要通过制导，不断修正航线才行。

　　探测器进入火星轨道是最难的一关，不少火星探测器都毁于这一步。其主要难点是必须选择适当的切入高度“刹车”。如果探测器过早“刹车”，则不能被火星的引力捕获；如果过晚“刹车”，则有可能撞到火星表面。“刹车”的强度和方向等也需精确控制，否则容易掠过火星。另外，由于从火星传到地球信号的延时单向就约为20分钟，所以不能采用遥控的方式，需提前注入指令。所以有人把进入火星轨道的难度比喻成从巴黎打一个高尔夫球，要正好落到了日本东京的某个球洞里。印度火星探测器如果闯不过这关也将前功尽弃。

　　目前，只有欧洲第一个火星探测器(“火星快车”)是首次发射首次成功(但其携带的“猎兔犬”着陆器释放后失踪)，所以印度首个火星探测器也不会一帆风顺，要经历“九九八十一难”。

　　延伸阅读

　　印度的航天之路

　　联合国外层空间委员会曾经指出，开发空间技术是发展中国家接近和赶上发达国家的一条捷径。印度政府很早就注意到了这一点，所以在发展中国家里很早就开始发展起航天工业，以带动其他行业。

　　1963年，印度在顿巴建成了第一个火箭发射台，发射了第一枚探空火箭。1975年4月19日，印度第一颗自制卫星从前苏联的火箭发射场发射成功。1980年7月18日，印度第一次用自制的运载火箭从本国的发射场发射卫星成功，成为世界上第六个具有独立卫星发射能力的国家。

　　此后，印度采取了“先卫星、后火箭”的航天战略，重点发展了通信卫星和遥感卫星这两种应用卫星，以便使国民经济有关部门切身体会到空间技术对促进经济、文教和科技等事业发展的好处。例如，最近印度奥里萨邦的飓风灾难只死了44个人，而1999年的超级飓风中则有1万人遇难，这是因为印度现在可以用先进的遥感卫星紧盯飓风动向。

　　为了加速提高航天技术水平，印度采用先引进、后仿造、再自制的方式，在航天领域广泛开展了国际合作，认为这是一条捷径。目前，印度通信卫星、遥感卫星达到了较高的水平，其中遥感卫星图片已进入国际市场，也对国外出租通信卫星转发器。

　　不过，印度航天发展目前(仍)很不平衡，例如，其运载火箭已成为它的短板，有些自制卫星需用国外火箭发射；其导航卫星也只在今年发射了第一颗；印度在载人航天领域仍是空白。所以，印度在航天领域总的来说还处在中等水平，其急于求成的航天发展可能欲速则不达。