探火风云 | 这对“海盗”曾着陆火星
很多关心我国航天事业发展的朋友都知道，我国探月工程采用三步走的发展战略，即先后完成绕月探测、落月探测和采样返回探测三项任务，简称绕、落、回。其实，火星探测也是采用三步走的方式。
那么，你知道世界第一个在火星软着陆的探测器是哪个国家研制的吗？它叫什么名字？
01
率先一举两得的探测器
理论上来讲，世界第一个在火星软着陆的探测器应该算苏联火星3号，因为它于1971年12月2日率先在火星上软着陆，但是它只工作了20秒后就莫名其妙的与地球失去了联系，基本没取得科学成果。
下面我们主要聊聊美国最先在火星软着陆的探测器，海盗1号和海盗2号。
别看它们的名字似乎不太好听，但是它们是具有真正意义的火星着陆器，在火星表面工作了较长时间，取得了大量有价值的火星科学数据。它们也是人类首次通过一次发射完成环绕探测和着陆探测两项任务的火星探测器。环绕探测用于对火星进行全球综合性普查，着陆探测用于对火星进行区域专业性详查。
海盗1号和海盗2号火星探测器先后于1975年8月20日和9月9日升空。这两个基本一样的“双胞胎”都装有电视摄像机、红外光谱仪、红外辐射计、气体摄谱仪、气象自动记录仪、X射线荧光分光计、地震仪、伸缩臂式土样挖掘机等科学探测仪器设备。其主要任务是探测火星上是否存在生命，同时勘测火星地貌，研究火星大气和地震活动借以研究地球与太阳系的演变。
1976年6月19日，海盗1号轨道舱进入环绕火星轨，1980年8月7日，因燃料耗尽停止工作。
1976年8月7日，海盗2号轨道舱进入环绕火星轨道，1978年7月25日，轨道器停止工作。
海盗1号和海盗2号都是由约2.3吨重的轨道舱和1.1吨重的着陆舱组成的。在进入火星上空时两者分离，其中轨道器进入环绕火星的轨道进行在轨观测，而着陆舱进入火星大气并在火星表面着陆。
海盗1号火星探测器
02
轨道舱拍到“火星人脸”
海盗1号和海盗2号的轨道舱设计都基于美国水手9号火星探测器，发射质量约3530千克。轨道舱和着陆舱分离后，轨道舱质量900千克，着陆舱质量572千克。
轨道舱装有能源、通信、计算机、指令、飞行数据、姿态控制和温度控制等分系统。其主推进系统采用1323牛的双组元发动机，可提供1480米/秒的速度增量；采用三轴稳定，由2个太阳敏感器、1个老人星敏感器和6个陀螺仪提供姿态信息，并通过12个氮气喷管实现；装有4个太阳电池翼，可提供620瓦功率，并为2个30安时的镉镍蓄电池组充电。通信采用S频段，装有1个直径1.5米的高增益抛物面天线、1个20瓦的发射机和2个20瓦的行波管放大器。另有1个X频段装置用于进行射电科学试验和通信试验。
轨道舱上的科学探测仪器有：成像系统、大气水分探测仪、红外热辐射测绘仪。两个轨道舱对火星表面成像的分辨率均为300米。它们不仅用于对火星空间环境、火星地表进行探测，共发回51539幅火星图像，覆盖了97%的火星表面，还分别对火卫1和火卫2进行了观测，拍摄了大约50幅照片。
海盗1号轨道舱拍摄到的类似人脸的火星表面照片
有意思的是，1976年，美国发布了一张由海盗1号轨道舱拍摄到的类似人脸的火星表面照片，许多人为之疯狂。不过，美国航空航天局解释说，图片中央的巨大岩石之所以看起来像人脸，其实是光影造成的错觉，但是，这张照片还是激起了公众对火星的强烈兴趣，成为各大媒体的热门话题。为了平息争论，后来发射的美国“火星全球勘测者”探测器又分别于1998年和2001年在同一地点拍摄了两张照片，在这两张照片上，那块大石头看起来并不像一张人脸，而更像一块露出地面的岩层。然而，持“火星人脸”之说的仍大有人在。于是，欧洲航天局用2003年发射的“火星快车”探测器在同一地点又拍了的一张新照片，再次证明了“火星人脸”纯属无稽之谈。在这张清晰度极高的照片上，所谓的“人脸”根本不存在，而是一座山丘，是一大块露出地面的岩层。
“火星全球勘测者”拍到的所谓火星“人脸”只不过是一座小山
03
双双在火星表面软着陆
众所周知，探测器在火星着陆非常不易，要经历“恐怖的7分钟”。不少探测器都“栽”在火星着陆的过程中。而美国海盗1号、2号的着陆舱先后在火星成功软着陆，为后来的火星着陆探测奠定了重要基础。
海盗1号的着陆舱于1976年7月20日在火星的普拉尼蒂亚平原软着陆，11月2日开始工作。1982年11月13日，着陆舱与地面中断联系。所以，许多人认为，海盗1号着陆舱才是世界上首个在火星上着陆的探测器。
着陆舱全貌
海盗2号的着陆舱于1976年9月3日在火星上的乌托匹亚平原软着陆，于11月18日开始工作。1980年4月11日，着陆舱因电池故障而结束任务。
海盗1号、2号的着陆舱质量都为572千克，总高度为2.2米，六边形铝平台结构，由3条着陆腿支撑。它装有能源、制动、制导与控制、S波段通信、生物化学实验箱、测量挖掘设备、2台电视录像机、气象遥感器、机械手及其它探测装置，在火星地表进行寻找生物实验。
着陆舱与轨道舱的分离和离轨推进是通过一些肼发动机实现的，它们可提供180米/秒的速度增量。最后阶段的下降和着陆采用3个肼燃料发动机进行制动减速，这些制动发动机带有18个喷嘴，可缓冲着陆冲击力。
海盗1号轨道器释放着陆器示意图
着陆舱采用4个陀螺仪、1个惯性基准单元、1个加速度计、1个雷达高度计以及1个末段下降和着陆雷达来提供着陆舱的姿态和位置信息。其电源系统采用2台放射性同位素热电发生器，每台功率为30瓦；还装有4个8安时的28伏镉镍蓄电池组。通信采用S频段，装有1副高增益抛物面天线、1副低增益全向天线、1个20瓦发射机和2个20瓦的行波管放大器。此外，着陆舱上还装备1副特高频（381兆赫）天线，用于与轨道器的通信。
着陆舱上的科学探测仪器有：成像系统、气体色层质谱仪、测震仪、X射线感应荧光器、生物实验室、气候仪器包和遥控采样机械臂。它们分析了火星土壤，测量了风速、气压和温度，并确定了火星的大气成分。着陆舱经轨道舱中继向地球发回4500幅着陆点周围的图像，还对火星表面的土壤取样化验分析。探测结果表明，在所着陆的区域里没有发现任何生命存在的痕迹，也未探测到火星上有任何有机分子。
海盗1号着陆舱眼里的火星表面
着陆舱所获数据一般是经轨道舱中继向地球发回图像和数据，但在S波段抛物面天线展开后，着陆舱也可直接与地球通信。它在弹出土样挖掘机和展开气象感测器杆后工作了90天。其中前10天进行寻找生物实验和3次取样化验，每隔20分钟向地球发回图像和数据。海盗1号、2号的着陆舱分析了火星土壤，测量了风速、气压和温度，并确定了火星的大气成分。
探测结果表明，在海盗1号和2号着陆舱所着陆的区域里没有发现任何生命存在的痕迹，也未探测到火星上有任何有机分子。
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作 者 | 庞之浩
编 辑 | 石磊