火星探測是指人類通過向火星發(fā)射空間探測器，對火星進(jìn)行的科學(xué)探測活動(dòng)。美國國家航空航天局兩位科學(xué)家曾向美國太空官員透露，他們已經(jīng)掌握了強(qiáng)有力的證據(jù)證明火星上有生命存在，而且這些生命體很可能都躲藏在火星地表以下的山洞當(dāng)中。

 火星探測簡介

火星是太陽系八大行星之一，按離太陽由近及遠(yuǎn)的次序排列為第四顆。在太陽系八大行星之中，火星也是除了金星以外，距離地球最近的行星。大約每隔26個(gè)月就會(huì)發(fā)生一次火星沖日，地球與火星的距離在沖日期間會(huì)達(dá)到極近值，通常只有不足1億千米，而在火星發(fā)生大沖時(shí)，這個(gè)距離甚至不足6000萬千米?；鹦菦_日意味著這時(shí)可以使用較小花費(fèi)將探測器送往火星，因此人類的火星探測活動(dòng)通常也會(huì)每隔26個(gè)月出現(xiàn)一次高潮。

到目前為止，火星是除了地球以外人類了解最多的行星，已經(jīng)有超過30枚探測器到達(dá)過火星，它們對火星進(jìn)行了詳細(xì)的考察，并向地球發(fā)回了大量數(shù)據(jù)。同時(shí)火星探測也充滿了坎坷，大約三分之二的探測器，特別是早期發(fā)射的探測器，都沒有能夠成功完成它們的使命。但是火星對于人類卻有一種特殊的吸引力，因?yàn)樗翘栂抵凶罱频厍虻奶祗w之一?；鹦浅嗟榔矫媾c公轉(zhuǎn)軌道平面的交角非常接近于地球，這使它也有類似地球的四季交替，同時(shí)，火星的自轉(zhuǎn)周期為24小時(shí)37分，這使火星上的一天幾乎和地球上的一樣長。

火星探測歷史

60年代

人類使用空間探測器進(jìn)行火星探測的歷史幾乎貫穿整個(gè)人類航天史。幾乎就在人類剛剛有能力掙脫地球引力飛向太空的時(shí)候，第一個(gè)火星探測器也開始了它的旅程。最早期的探測器幾乎都失敗了，而火星探測也就是在一次又一次的失敗中不斷前進(jìn)。

1960年10月10日，前蘇聯(lián)向火星發(fā)射了第一枚探測器。緊接著就在四天以后，第二枚火星探測器升空。然而這兩枚火星探測的先行者卻連地球軌道都沒能到達(dá)。

1962年10月24日，當(dāng)火星又一次運(yùn)行到合適的位置時(shí)，前蘇聯(lián)的第三枚火星探測器升空了，然而這次它也是僅僅到達(dá)了環(huán)繞地球軌道而已。1962年11月1日，前蘇聯(lián)向火星發(fā)射了火星1號(hào)，這枚探測器成功進(jìn)入了前往火星的軌道，并且計(jì)劃于1963年6月19日到達(dá)火星，然而當(dāng)1963年3月21日它飛行到距離地球1.06億千米的距離時(shí)，卻與地面永遠(yuǎn)失去了通信聯(lián)系。三天以后，前蘇聯(lián)的又一枚探測器升空，這枚探測器同樣面臨著失敗的命運(yùn)，僅僅到達(dá)環(huán)繞地球軌道，此后火箭未能再次成功點(diǎn)火，兩個(gè)月后墮入地球大氣層燒毀。

1964年，美國也先后向火星發(fā)射了兩枚探測器：水手3號(hào)和水手4號(hào)。水手3號(hào)于12月5日發(fā)射升空，是美國發(fā)射的第一枚火星探測器，然而探測器的保護(hù)外殼未能按預(yù)定計(jì)劃成功與探測器分離，導(dǎo)致探測器偏離軌道，最終導(dǎo)致發(fā)射失敗。水手4號(hào)于12月28日發(fā)射升空，這是有史以來第一枚成功到達(dá)火星并發(fā)回?cái)?shù)據(jù)的探測器，水手4號(hào)于1965年7月14日在火星表面9800千米上空掠過火星，向地球發(fā)回了21張照片，此后又在環(huán)繞太陽軌道上花費(fèi)三年時(shí)間對太陽風(fēng)進(jìn)行探測。水手4號(hào)發(fā)回的數(shù)據(jù)表明火星的大氣密度遠(yuǎn)比此前人們認(rèn)為的稀薄。

前蘇聯(lián)也于1964年11月30日再次向火星發(fā)射了探測器，但是這枚探測器再次以失敗告終，它雖然最終到達(dá)了火星附近，但是卻沒有能夠向地球發(fā)回任何數(shù)據(jù)。

1969年美國向火星發(fā)射了水手6號(hào)和水手7號(hào)。前者于2月24日發(fā)射升空，7月31日抵達(dá)火星。后者于3月27日發(fā)射升空，8月5日抵達(dá)火星。這兩枚探測器攜帶有更先進(jìn)的儀器和通訊設(shè)備，它們成功掠過火星，對火星大氣成分進(jìn)行分析，并發(fā)回了大量照片。

前蘇聯(lián)也于1969年向火星發(fā)射了兩枚探測器，然而這次甚至比此前的情況更加糟糕，第一枚探測器在發(fā)射后7分鐘因發(fā)動(dòng)機(jī)故障發(fā)生爆炸，而另一枚探測器發(fā)射后不到1分鐘就墜向了地面。

70年代

1971年，美國向火星發(fā)射了兩枚探測器，嘗試進(jìn)入火星軌道，環(huán)繞火星飛行，以獲取火星的高清晰照片。5月8日，水手8號(hào)發(fā)射升空，幾分鐘后因火箭故障墜入了大西洋。5月30日，水手9號(hào)發(fā)射升空，這是有史以來第一枚成功進(jìn)入環(huán)繞火星軌道的探測器，取得了空前的成功。水手9號(hào)于1971年11月14日到達(dá)火星，在火星軌道上工作了將近一年之久，發(fā)回了7329張照片，覆蓋了火星表面超過80%的部分，同時(shí)還對火星的兩顆衛(wèi)星進(jìn)行了探測。

前蘇聯(lián)在1971年向火星發(fā)射了三枚探測器。第一枚探測器于5月10日發(fā)射，包括一個(gè)軌道器和一個(gè)著陸器，嘗試在火星表面著陸，但實(shí)際上它僅僅到達(dá)了環(huán)繞地球軌道，按照計(jì)劃，探測器應(yīng)該在地球軌道上停留1.5小時(shí)，然后點(diǎn)火向火星進(jìn)發(fā)，但是由于失誤，結(jié)果它的計(jì)時(shí)器要等上1.5年向火箭發(fā)出這個(gè)點(diǎn)火指令，這枚探測器后來被稱為宇宙419號(hào)，因?yàn)榍疤K聯(lián)事后否認(rèn)這枚探測器將要前往火星?；鹦?號(hào)和火星3號(hào)是前蘇聯(lián)當(dāng)年發(fā)射的另外兩枚火星探測器，與宇宙419號(hào)的設(shè)計(jì)幾乎完全相同，分別于5月19日和5月28日發(fā)射升空，火星2號(hào)于12月27日到達(dá)火星后不久便與地球失去了聯(lián)系，而火星3號(hào)的軌道器沒有成功，但是其著陸器卻成為了有史以來第一個(gè)成功在火星表面著陸的探測器，雖然它僅僅火星上工作了大約20秒，甚至沒能發(fā)回一張完整的照片就永遠(yuǎn)與地球失去了通信聯(lián)系。

前蘇聯(lián)在1973年連續(xù)向火星發(fā)射了四枚探測器，但是都沒有完成它們的探測任務(wù)?；鹦?號(hào)于1973年7月21日發(fā)射升空，火星5號(hào)于1973年7月25日發(fā)射升空，它們分別于1974年2月10日和1974年2月12日到達(dá)火星附近，火星4號(hào)沒能成功進(jìn)入環(huán)繞火星軌道，而火星5號(hào)則在進(jìn)入環(huán)繞火星軌道不久后就丟失了?；鹦?號(hào)和火星7號(hào)都攜帶有軌道器和著陸器，它們分別于1973年8月5日和1973年8月9日發(fā)射升空，然后分別于1974年3月12日和1974年3月9日到達(dá)火星附近，火星6號(hào)的著陸器成功進(jìn)入了火星大氣層并打開了降落傘，然后就丟失了，而火星7號(hào)甚至還沒進(jìn)入環(huán)繞火星軌道就丟失了。

80年代

以火衛(wèi)一的名字命名的福波斯1號(hào)和福波斯2號(hào)探測器分別于1988年7月7日和1988年7月12日發(fā)射升空，這是繼1973年失敗后，前蘇聯(lián)又一個(gè)火星探測計(jì)劃。然而盡管相隔15年之久，這兩顆探測器依然沒能逃脫失敗的命運(yùn)，福波斯1號(hào)于1988年9月2日在飛往火星的途中失去聯(lián)系，而福波斯2號(hào)則在1989年3月27日探測器進(jìn)入環(huán)繞火星軌道后不久與地球失去了通信聯(lián)系，它所攜帶的著陸器也因此沒能在火星表面著陸。

90年代

經(jīng)過多次推遲，美國的火星觀察者探測器于1992年9月25日發(fā)射升空，開始了它前往火星的旅程。一切似乎進(jìn)展得相當(dāng)順利，然后就在它幾乎就要到達(dá)火星的1993年8月21日，當(dāng)準(zhǔn)備點(diǎn)火進(jìn)入環(huán)繞火星軌道時(shí)，與地球失去了通信聯(lián)系。

1996年12月7日，美國的火星環(huán)球勘測者探測器發(fā)射升空，這枚探測器持續(xù)運(yùn)作了10年，最后在2006年11月5日失去訊號(hào)聯(lián)絡(luò)，它是最成功的火星探測任務(wù)之一。

1996年12月16日，俄羅斯發(fā)射了火星96號(hào)探測器，探測器進(jìn)入地球軌道后未能成功點(diǎn)火進(jìn)入前往火星的軌道，不久后在墜入太平洋而宣告失敗。

1998年底和1999年初發(fā)射的四枚探測器最終都以失敗告終，包括日本的希望號(hào)探測器、美國的火星氣候軌道器、火星極地登陸者和深空2號(hào)。

當(dāng)代火星探測器

火星拓荒者

火星拓荒者是美國國家航空航天局的1996年火星探測計(jì)劃，緊接在火星全球探勘者號(hào)‎升空之后發(fā)射，也是歷史上第3次在火星表面軟著陸。

美國國家航空航天局的火星探測計(jì)劃長期致力于對火星這顆紅色行星進(jìn)行無人探測，火星拓荒者是這一系列無人探測計(jì)劃的一個(gè)組成部分。

火星拓荒者于1997年7月4日在火星表面著陸。它攜帶的索杰納號(hào)火星車，是人類送往火星的第一部火星車。

火星全球探勘者號(hào)

火星全球探勘者號(hào)[1](Mars Global Surveyor)是美國國家航空航天局的火星探測衛(wèi)星，也開啟新一波的火星探測計(jì)劃，于1996年升空，并在2006年結(jié)束任務(wù)。

2001火星奧德賽號(hào)

2001火星奧德賽號(hào)是美國國家航空航天局的火星探測衛(wèi)星，主要任務(wù)是尋找水與火山活動(dòng)的跡象，于2001年升空。這次任務(wù)的名稱是根據(jù)電影《2001太空漫游》來命名的。

火星探測漫游者

火星探測漫游者是美國國家航空航天局的2003年火星探測計(jì)劃。這項(xiàng)計(jì)劃的主要目的是將勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)兩輛火星車送往火星，對火星這顆行星進(jìn)行實(shí)地考察。

火星勘測軌道飛行器

火星勘測軌道飛行器是美國國家航空航天局的2005年火星探測計(jì)劃之一。這項(xiàng)計(jì)劃的主要目的是將一枚衛(wèi)星送往火星，以前所未有的照相機(jī)分辨率對火星這顆紅色行星進(jìn)行詳細(xì)考察，并且為往后的火星地表任務(wù)尋找適合的登陸地點(diǎn)，同時(shí)為這些任務(wù)提供高速的通訊傳遞功能。這項(xiàng)計(jì)劃預(yù)計(jì)將在火星軌道運(yùn)行至少四年，并且成為火星的第四個(gè)正在使用中的航天器。

鳳凰號(hào)火星探測器

鳳凰號(hào)是美國國家航空航天局的2007年火星探測計(jì)劃。這項(xiàng)計(jì)劃的主要目的是將一枚著陸器送往火星的北極地區(qū)，對火星的極地環(huán)境進(jìn)行探測。

鳳凰號(hào)將在防熱盾、降落傘與火箭推進(jìn)器的協(xié)助之下，緩緩降落在火星冰封的地表上，然后利用太陽能電池板蓄積的電力，伸出長約2.3米的機(jī)械手臂向下挖掘，并將挖掘所得的土壤樣本送回鳳凰號(hào)，以先進(jìn)的儀器對土壤中的水冰加以分析。這項(xiàng)計(jì)劃共耗資四億兩千萬美元。

鳳凰號(hào)的目的是尋找火星北極土壤中可能存在的生命特征，對淺層地下的水冰進(jìn)行研究。鳳凰號(hào)已經(jīng)在美國東部時(shí)間2007年8月4日5點(diǎn)26分于佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角空軍基地成功發(fā)射，由三角洲二號(hào)運(yùn)載火箭所運(yùn)載于2008年5月25日成功著陸火星。鳳凰號(hào)是繼海盜二號(hào)在1976年之后，唯一未使用氣囊緩沖技術(shù)而成功登陸火星的太空船。

2008年11月，鳳凰號(hào)與地面控制中心失去聯(lián)絡(luò)。

美國未來發(fā)展計(jì)劃

2009年

美國國家航空航天局與麻省理工學(xué)院合作的火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室將于2009年12月啟程前往火星，它將在火星表面著陸，并且擁有六個(gè)輪子，擁有前所未有的機(jī)動(dòng)性能，并且使用核能提供電力，至少在火星表面工作一個(gè)火星年的時(shí)間。同時(shí)，火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室還將攜帶各種先進(jìn)的儀器，它將配有200萬像素的主照相機(jī)，配合10倍光學(xué)變焦鏡頭和三色真彩色感光能力，將可以拍攝到超高清晰度的全景照片，同時(shí)這部相機(jī)還將內(nèi)置MPEG-2硬件視頻壓縮能力，可以拍攝每秒10幀的高清晰視頻，相機(jī)本身將配有至少256MB內(nèi)存和8GB閃存以暫時(shí)保存拍攝的照片和視頻，配合火星通信軌道器提供的基于激光通信的超高帶寬支持，火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室將會(huì)使現(xiàn)在正在火星上工作的雙胞胎火星車勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)相形見絀。

2011年

在2011年，美國國家航空航天局預(yù)計(jì)將進(jìn)行第二次火星偵察任務(wù)。這次任務(wù)預(yù)計(jì)將是個(gè)雙重任務(wù)，因?yàn)槊绹鴩液娇蘸教炀謱⑼瑫r(shí)把兩個(gè)不同的計(jì)劃送往火星。目前美國國家航空航天局尚未決定要將哪兩個(gè)計(jì)劃送往火星，一些可能獲選的計(jì)劃包括了(每位任職于美國國家航空航天局的科學(xué)家只能選擇一個(gè)計(jì)劃)：

Artemis 這個(gè)計(jì)劃將從繞行火星的母船中發(fā)射碟形登陸器登陸火星，每個(gè)直徑兩英尺，最多可能發(fā)射四個(gè)。每個(gè)登陸器將利用降落傘的方式登陸火星表面，并分析火星土壤與大氣。四個(gè)登陸器其中的兩個(gè)預(yù)計(jì)將登陸在火星的極地區(qū)域。 CryoScout 這個(gè)計(jì)劃將建造一個(gè)魚雷外型的探測器，并且利用噴嘴加熱的方式融化火星極地的冰冠。探測器預(yù)計(jì)將深入地表100碼(91米)，并且分析這些融化的水以判斷火星極地的狀態(tài)。 KittyHawk 這個(gè)計(jì)劃預(yù)計(jì)將建造三臺(tái)或四臺(tái)滑翔機(jī)，滑翔機(jī)翼展約六呎(1.83米)，并且探測水手峽谷。這些滑翔機(jī)將攜帶紅外線頻譜儀與照相機(jī)。 Naiades 本計(jì)劃的命名由來為希臘神話中居住在山林水澤中的女神。這個(gè)計(jì)劃預(yù)計(jì)將兩臺(tái)登陸器送往可能含有地下水的區(qū)域，并且使用低頻電磁與其他裝備探測火星是否有地下水存在。 Pascal 本計(jì)劃預(yù)計(jì)制造24臺(tái)小型氣象觀測站，并且將其散布在火星各地。 Urey 本計(jì)劃預(yù)計(jì)包含登陸器/探測車兩者，以研究火星巖的年齡。計(jì)劃預(yù)計(jì)將針對Cerberus高原一帶進(jìn)行研究，并且將會(huì)尋找特定的礦物，以幫助科學(xué)家研究火星上的隕石坑與月球上的隕石坑的不同點(diǎn)。

2011年以后

美國的火星樣本取回任務(wù)計(jì)劃將于2013年實(shí)施，計(jì)劃于2016年將半千克左右的火星土壤和巖芯樣本送回地球作進(jìn)一步研究。這個(gè)計(jì)劃包括一個(gè)環(huán)繞火星軌道運(yùn)行的返回裝置和一到兩個(gè)著陸裝置，著陸裝置可能配備有可以小范圍移動(dòng)的火星車，如果那時(shí)火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室仍然可以工作，可能也會(huì)利用火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室在大范圍內(nèi)提前采集樣本，或者再發(fā)射一枚類似火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的火星車用于這個(gè)目的。采集樣本以后，樣本將會(huì)被一枚小型火箭發(fā)射到火星軌道，與返回裝置對接，這個(gè)對接也可能不只一次，然后由它將樣本一次性送回地球。

2018年的火星任務(wù)將是一個(gè)著陸器，用于尋找火星上可能存在生命的證據(jù)。

2020年代將會(huì)有更多的樣本返回任務(wù)實(shí)施，用于將火星樣本送回地球。

2037年

在于印度南部城市海得拉巴舉行的第58屆國際宇航聯(lián)合會(huì)大會(huì)上，美國宇航局宣布計(jì)劃在2037年派宇航員登上火星，而不是之前傳聞的2031年。

中國和俄羅斯未來發(fā)展計(jì)劃

中國火星探測計(jì)劃是中國第一個(gè)火星探測計(jì)劃，中國航天局將與俄羅斯聯(lián)邦航天局合作共同探索火星。將于2009年10月發(fā)射的螢火一號(hào)將會(huì)是計(jì)劃的首顆火星探測器。

整個(gè)計(jì)劃共分四個(gè)階段：

階段1：(現(xiàn)在到2009年)會(huì)對第一次任務(wù)進(jìn)行充足準(zhǔn)備，包括定立探測目標(biāo)、技術(shù)研發(fā)和尋求國際合作。

階段2：(2009年后)已發(fā)射的衛(wèi)星將探測火星環(huán)境，所得的數(shù)據(jù)用作火星軟著陸之用。

階段3： 發(fā)射火星著陸器并攜帶一輛火星車，在火星上軟著陸。

階段4： 成立火星表面觀察站、發(fā)展飛行器穿梭地球與火星、并且建立火星基地供機(jī)械探測器進(jìn)入。此階段的最終目標(biāo)是為將來人類登陸火星提供基礎(chǔ)，令人類可在火星觀察站中觀察火星。

螢火一號(hào)

螢火一號(hào)(YH-1)是中國火星探測計(jì)劃中的第一顆火星探測器，作為中俄航天合作項(xiàng)目之一，計(jì)劃于2009年10月和俄羅斯的“福布斯-土壤”(Phobos-Grunt)衛(wèi)星一起搭載聯(lián)盟號(hào)運(yùn)載火箭從拜科努爾航天中心發(fā)射升空。大約經(jīng)歷10至11個(gè)半月的飛行后，進(jìn)入火星軌道。螢火一號(hào)主要研究火星的電離層及周圍空間環(huán)境，火星磁場等。2008年4月完成初樣并公布于眾。2009年6月完成正樣并赴俄羅斯聯(lián)合測試。

設(shè)計(jì)參數(shù)為：

尺寸：750×750×600 mm 重量：110 kg

功率：90 W(平均)180 W(峰值)

數(shù)據(jù)傳輸速率：80 bit/s

2 x 3塊太陽能電池板，全長7.85米

印度未來發(fā)展計(jì)劃

印度準(zhǔn)備在2012年至2013年之間發(fā)射火星探測器，參加火星探測的全球競爭與合作。

日本未來發(fā)展計(jì)劃

日本希望號(hào)火星探測器于1998年7月3日發(fā)射升空，是日本第一個(gè)火星探測器，也使日本成為世界上第三個(gè)發(fā)射火星探測器的國家。

日本火星探測器希望號(hào)在艱難地飛行了5年之后，最終于2003年12月9日被放棄。至此，日本的首次火星探測行動(dòng)宣告失敗。

日本目前尚無探測計(jì)劃。

研究火星地質(zhì)特征

研究火星的地質(zhì)概況可以了解火星的變化過程和地球與火星之間的區(qū)別與共性。作為火星探測計(jì)劃的一部分，科學(xué)家希望理解風(fēng)、水、火山作用、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、撞擊坑等過程在形成和改變火星表面中的相關(guān)角色。

比如，火星上有令人難以置信的巨大火山，其規(guī)模是地球上火山的10倍甚至100倍以上。這個(gè)不同點(diǎn)的解釋就是火星地殼不像地球地殼一樣運(yùn)動(dòng)。這意味著所有的巖漿匯集成為一個(gè)非常巨大的火山。

火星環(huán)球監(jiān)測者探測器最近發(fā)現(xiàn)了在火星上分布著大面積的磁性物質(zhì)，這表明火星曾經(jīng)有一個(gè)像地球一樣的磁場。由于磁場通常表現(xiàn)為保護(hù)行星不受各種宇宙射線的傷害，這一發(fā)現(xiàn)暗示很可能發(fā)現(xiàn)火星表面曾經(jīng)存在生命的證據(jù)。對于遠(yuǎn)古磁場的研究對火星過去的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、溫度和組成也將提供重要信息。磁場的存在還表明火星曾經(jīng)像地球一樣充滿生機(jī)。

最重要的是火星上各種巖石的組成以及年齡。地質(zhì)學(xué)家通過巖石的年齡確定火星歷史事件的順序。組成告訴人們在過去的時(shí)間內(nèi)發(fā)生了什么。鑒定有水存在才能形成的巖石和礦物質(zhì)是其中尤其重要的一個(gè)任務(wù)。水是解開火星生命之謎的關(guān)鍵之一。

其他還有什么巖石中的原料包含有火星歷史的信息?不同巖石在火星表面的分布有什么不同?未來的軌道監(jiān)測以及登陸探測任務(wù)將通過特制工具解答這些問題。