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對于美國和前蘇聯(lián)來說 探索火星簡直就是“噩夢”
發(fā)布時間：2025-12-09 02:59:24 來源：桑間濮上網(wǎng) 作者：知識
水手4號飛越火星時拍攝的照片
（神秘的地球uux.cn報道）據(jù)網(wǎng)易科技（小?。嚎v觀歷史，人類對火星的對于好奇從未停止。從上世紀(jì)60年代以來，美國多個國家前后已經(jīng)進(jìn)行了共幾十次的和前火星探索任務(wù)，但成功登陸的蘇聯(lián)說探索火寥寥無幾。到目前為止，星簡只有美國和前蘇聯(lián)成功將探測器送上了火星。噩夢其中，對于美國有八次登陸成功紀(jì)錄，美國前蘇聯(lián)也曾在1971年短暫成功登陸。和前
不過，蘇聯(lián)說探索火這兩國的星簡成功經(jīng)驗也是由一次次的失敗鋪墊而來的。在他們發(fā)射的噩夢探測器中，絕大多數(shù)以失敗告終。對于對于美國和前蘇聯(lián)來說，美國火星簡直就是“噩夢”一般的存在。
探測器首次飛越火星
人類對火星的向往，從太空探索初期就開始了。當(dāng)時，前蘇聯(lián)剛剛于1957年向太空發(fā)射了首顆人造衛(wèi)星，僅僅三年后，就把目光轉(zhuǎn)向火星。在20世紀(jì)60年代，前蘇聯(lián)曾多次嘗試向火星發(fā)送探測器，美國宇航局(NASA)也很快就推出了水手3號(Mariner 3)。不過，在最初的幾次任務(wù)中，探測器都沒能成功接近火星。
1960年10月10日，前蘇聯(lián)向火星發(fā)射了第一枚探測器Marsnik 1。緊接著，就在首次發(fā)射4天以后，第二枚名為Marsnik 2的探測器也發(fā)射升空。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)，就在發(fā)射過程中發(fā)生爆炸。
1962年10月24日，前蘇聯(lián)發(fā)射了第三枚火星探測器衛(wèi)星22號，目標(biāo)是飛越火星。然而由于發(fā)射探測器的火箭存在嚴(yán)重的問題，導(dǎo)致其在到達(dá)地球軌道后不久爆炸。
1962年11月1日，前蘇聯(lián)又發(fā)射了火星1號，計劃飛越火星。幸運(yùn)地是，這枚探測器成功進(jìn)入了前往火星的軌道，并且計劃于1963年6月19日到達(dá)火星。然而在飛行5個月、距離地球1.06億千米遠(yuǎn)時，探測器上的無線電發(fā)生故障，與地球永遠(yuǎn)失去了聯(lián)系。
1962年11月4日，前蘇聯(lián)的火星探測器衛(wèi)星24號升空，同樣計劃飛越火星。然而，歷史總是驚人地相似。這枚探測器雖然成功進(jìn)入了地球軌道，但當(dāng)它改變方向前往火星軌道時，火箭未能成功點火，兩個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，分別是水手3號（Mariner 3）和水手4號（Mariner 4）。其中，水手3號于11月5日發(fā)射升空，計劃飛越火星。這是美國發(fā)射的第一枚火星探測器，然而發(fā)射僅僅一小時后，太陽能電池板就出現(xiàn)問題，探測器的保護(hù)外殼未能按預(yù)定計劃與探測器分離，導(dǎo)致探測器偏離軌道，最終發(fā)射失敗。
但是，水手4號的表現(xiàn)卻很出色。這枚探測器于1964年11月28日發(fā)射升空，并于1965年7月14日首次飛越火星。于是，它成為了有史以來第一枚成功到達(dá)火星附近并發(fā)回數(shù)據(jù)的探測器。水手4號向地球發(fā)回了21張照片，此后又在太陽軌道上環(huán)繞了三年對太陽風(fēng)進(jìn)行探測。
水手4號發(fā)射兩天后，也就是1964年11月30日，前蘇聯(lián)再次向火星發(fā)射了探測器Zond 2，但是這枚探測器同樣以失敗告終。它雖然到了火星附近，但不能向地球發(fā)回任何數(shù)據(jù)。
1969年，NASA向火星發(fā)射了水手6號（Mariners 6）和水手7號（Mariners 7）。這兩枚探測器都到達(dá)了火星，攜帶有更先進(jìn)的儀器和通訊設(shè)備，并發(fā)回了幾十張照片。好巧不巧，這兩個探測器都恰好飛過火星的隕石坑區(qū)域，這讓天文學(xué)家們誤以為火星跟月球長得差不多。
前蘇聯(lián)也于1969年向火星發(fā)射了兩枚探測器，然而這甚至比此前的情況更加糟糕，第一枚探測器火星1969A在發(fā)射7分鐘后因發(fā)動機(jī)故障發(fā)生爆炸，而火星1969B發(fā)射后不到1分鐘就墜向了地面。
1971年，美國向火星又發(fā)射了兩枚探測器，嘗試進(jìn)入火星軌道，環(huán)繞火星飛行，以獲取火星的高清照片。5月8日，NASA的水手8號(Mariner 8)在發(fā)射過程中以失敗告終，墜入大西洋。緊接著，5月30日，水手9號（Mariner 9）發(fā)射升空，成為了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。它在火星軌道上工作了將近一年之久，發(fā)回了7329張照片，包含了火星表面超過80%的部分。
首次登陸火星表面
前蘇聯(lián)在1971年向火星發(fā)射了三枚探測器。5月10日，前蘇聯(lián)發(fā)射宇宙419號(Kosmos 419)，并進(jìn)入了地球軌道。按照計劃，這枚探測器應(yīng)該在地球軌道上停留1.5小時，然后點火向火星進(jìn)發(fā)，但是由于人為失誤，結(jié)果它的計時器要等上1.5年才向火箭發(fā)出這個點火指令。
火星2號和火星3號是前蘇聯(lián)當(dāng)年發(fā)射的另外兩枚火星探測器，它們與宇宙419號的設(shè)計幾乎完全相同，分別于5月19日和5月28日發(fā)射升空，火星2號著陸器于11月2日到達(dá)火星，但不久便與地球失去了聯(lián)系?；鹦?號于12月2日抵達(dá)，成為了有史以來第一個成功在火星表面著陸的探測器。但不幸地是，它僅僅火星上工作了大約20秒，甚至沒能發(fā)回一張照片，就與地球失去了聯(lián)系。
隨后，前蘇聯(lián)又陸續(xù)發(fā)射了四枚探測器，取得了部分成功。
火星4號于1973年7月21日發(fā)射升空，火星5號于7月25日發(fā)射升空，它們分別于1974年2月10日和2月12日到達(dá)火星附近。其中，火星4號沒能成功進(jìn)入火星軌道，而火星5號則在進(jìn)入火星軌道拍到世界上第一張火星彩色照片后停止工作。
火星6號和火星7號都攜帶有軌道器和著陸器，它們分別于1973年8月5日和8月9日發(fā)射升空，然后分別于1974年3月9日和3月12日到達(dá)火星附近。其中，火星6號的著陸器成功進(jìn)入了火星大氣層并打開了降落傘，但著陸器被撞擊摧毀。而火星7號的著陸器“成功”錯過了這顆行星。
前蘇聯(lián)探測器成功登陸火星后，美國在1975年向火星發(fā)射了兩對軌道器和著陸器。海盜1號和海盜2號都于1976年抵達(dá)火星附近，并在軌道器仍在上方工作的情況下將著陸器送到了地表。這兩個探測器都持續(xù)工作了數(shù)年，并向地球傳回了大量信息，這也是人類首次對火星的深入探索。
20世紀(jì)80年代，前蘇聯(lián)曾兩次嘗試探測火星的衛(wèi)星火衛(wèi)一（Phobos），但兩次任務(wù)都以失敗告終。1991年，前蘇聯(lián)解體，其太空計劃由俄羅斯和烏克蘭繼承。俄羅斯航天局拿下接力棒，于1996年11月16日發(fā)射了火星96號任務(wù)。然而，探測器進(jìn)入地球軌道后未能成功點火進(jìn)入前往火星的軌道，不久后墜入太平洋。
首個飛越火星的探測器“水手4號”
在人類探索火星的進(jìn)程中，有兩個探測器堪稱是“大功臣”，其中之一就是NASA的水手4號。它是第一個成功飛越火星并傳回火星表面照片的探測器。它設(shè)計的主要目的是對火星進(jìn)行近距離的科學(xué)觀測，并將觀測數(shù)據(jù)傳回地球，其他目標(biāo)是在火星附近進(jìn)行力場和粒子測量，為以后的星際飛行提供經(jīng)驗。
水手4號飛船由八角形的鎂框架組成，橫跨對角線長127厘米，高45.7厘米。四塊太陽能電池板連接到框架的頂部，端到端跨度為688厘米，包括從兩端延伸的太陽能壓力葉片?？蚣茼敳窟€安裝了直徑116.8厘米的高增益拋物面天線。天線旁邊的223.5厘米高的桅桿上，則安裝有全向低增益天線。
探測器的總高度為289厘米。在底部中心，電視攝像機(jī)安裝在掃描平臺上。八角形的框架容納了電子設(shè)備、電纜、中段推進(jìn)系統(tǒng)以及姿態(tài)控制氣體供應(yīng)和調(diào)節(jié)器。大多數(shù)科學(xué)實驗儀器都安置在框架外面。除了電視攝像機(jī)，其他科學(xué)儀器還包括磁力計、塵埃探測器、宇宙射線望遠(yuǎn)鏡、俘獲輻射探測器、太陽等離子體探測器和電離室/蓋革計數(shù)器。
電力由四塊176 x 90厘米太陽能電池板組成，包括28224塊太陽能電池，可以在火星提供310瓦電力。一個可充電銀鋅電池用于后備電源。單推進(jìn)劑聯(lián)氨用于推進(jìn)，通過安裝在八角形結(jié)構(gòu)一側(cè)的4噴氣葉片式矢量控制222-N發(fā)動機(jī)。姿態(tài)控制由安裝在太陽能電池板末端的12個冷氮氣噴嘴和3個陀螺儀提供。太陽能壓力葉片，每個面積0.65平方米，連接在太陽能電池板的尖端。位置信息由四個太陽傳感器、一個地球傳感器、一個火星傳感器和一個Canopus傳感器提供。
數(shù)據(jù)可以存儲在容量為524萬比特的磁帶上，以便稍后傳輸。所有操作均由命令子系統(tǒng)控制，可處理29個直接命令詞或3個中途動作量化詞命令中的任何一個。中央計算機(jī)和定序器使用38.4 kHz同步頻率作為時間基準(zhǔn)來操作存儲的時序命令。溫度控制是通過使用安裝在六個電子組件上的可調(diào)百葉窗、多層絕緣毯、拋光鋁屏和表面處理來實現(xiàn)的。
經(jīng)過7個半月的飛行，包括1964年12月5日的一次中途機(jī)動，水手4號于1965年7月14日和15日飛越火星。當(dāng)時距離火星表面最近9846公里，距離地球2.16億公里，以相對于火星約7公里/秒(相對于地球1.7公里/秒)的速度移動。飛越過程中拍攝的圖像被存儲在機(jī)載磁帶中。錄音圖像在信號重新采集和控制后約8.5小時開始向地球傳輸，一直持續(xù)到8月3日。所有圖像都傳輸了兩次，以確保沒有數(shù)據(jù)丟失或損壞。
水手4號成功執(zhí)行了所有預(yù)定活動，并傳回了從發(fā)射到1965年10月1日期間所有有用的數(shù)據(jù)，當(dāng)時它距離地球3.092億公里，天線暫時停止了信號采集。1966年5月3日重新建立了間歇性遙測聯(lián)系，顯示航天器和儀器正在運(yùn)行。全部數(shù)據(jù)采集工作于1967年底恢復(fù)。
9月15日，宇宙塵埃探測器在15分鐘內(nèi)記錄到17次信號，顯然遇到了小型流星雨，于是它暫時改變了航天器的姿態(tài)，并可能輕微損壞了隔熱罩。12月7日，姿態(tài)控制系統(tǒng)的氣體供應(yīng)耗盡，12月10日和11日，共記錄到83次微流星體撞擊，導(dǎo)致姿態(tài)攝動和信號強(qiáng)度下降。1967年12月21日，水星4號與地球的通信終止。
水手4號任務(wù)傳回的總數(shù)據(jù)為520萬比特。除了電離室/蓋革計數(shù)器在1965年2月失效和等離子體探針在1964年12月6日因電阻器故障而性能下降之外，所有的實驗都運(yùn)行得很成功。返回的圖像顯示了一個類似月球的隕石坑地形。據(jù)估計，火星地表大氣壓為4.1至7.0毫巴，白天溫度為零下100攝氏度，沒有檢測到磁場，得出的結(jié)論是太陽風(fēng)可能與火星大氣直接相互作用，大氣和表面完全暴露在太陽和宇宙輻射之下。
水手4號任務(wù)的總費(fèi)用估計為8320萬美元。水手系列探測器(水手1號到水手10號)的研究、發(fā)射和支持費(fèi)用總額約為5.54億美元。
首次登陸火星的“火星3號”
與水手4號不同的是，前蘇聯(lián)火星3號是人類史上第一艘在火星上成功軟著陸的航天器?；鹦?號和火星2號任務(wù)由相同的探測器組成，每個探測器都由軌道器和著陸器組成?；鹦?號著陸器的主要科學(xué)目標(biāo)是在火星上進(jìn)行軟著陸，從火星表面?zhèn)骰貓D像，并返回有關(guān)氣象條件、大氣成分以及土壤機(jī)械和化學(xué)性質(zhì)的數(shù)據(jù)。
火星3號著陸器安裝在與推進(jìn)系統(tǒng)相對的軌道器上。它包括一個直徑1.2米的球形著陸艙，一個直徑2.9米的圓錐形空氣動力制動護(hù)罩，一個降落傘系統(tǒng)和反推火箭。整個著陸器加滿燃料后重為1210千克，其中球形著陸艙重358千克。
由微型氣體發(fā)動機(jī)和加壓氮氣容器組成的自動控制系統(tǒng)提供姿態(tài)控制。四個“火藥”發(fā)動機(jī)安裝在圓錐體的外緣，以控制俯仰和偏航。主降落傘和輔助降落傘，啟動著陸的發(fā)動機(jī)，以及雷達(dá)高度計都安裝在著陸器的頂部。泡沫被用來吸收著陸時的沖擊。著陸艙有四個三角形的“花瓣”，在著陸后會打開，使航天器恢復(fù)正常功能，并露出儀器。
著陸器上裝有兩個可以360度觀察火星表面的電視攝像機(jī)，用于研究大氣成分的質(zhì)譜儀、溫度、壓力和風(fēng)傳感器以及測量表面機(jī)械和化學(xué)性質(zhì)的設(shè)備，包括搜尋有機(jī)材料和生命跡象的機(jī)械鏟子。此外，上面還帶有蘇聯(lián)盾形紋章的三角旗。四個天線從球體頂部伸出來，通過機(jī)載無線電系統(tǒng)與軌道飛行器進(jìn)行通信。該設(shè)備由電池供電，在分離前由軌道飛行器充電。溫度控制是通過隔熱和散熱器系統(tǒng)來維持的。著陸艙在發(fā)射前進(jìn)行了消毒，以防止污染火星環(huán)境。
火星2號和3號著陸器搭載了名為Prop-M的小型行走機(jī)器人。機(jī)器人的質(zhì)量為4.5千克，并通過電纜拴在著陸器上，以便進(jìn)行直接通信。這個機(jī)器人被設(shè)計成可以在滑雪板上“行走”，極限是15米（與電纜長度相同）。Prop-M身上攜帶了動態(tài)滲透儀和輻射密度計。
Prop-M的主框架是個粗壯的盒子，中間有個很小的突起?？蚣苡蓛蓚€扁平滑雪板支撐，其中一個從兩邊向下延伸，使框架略高于表面。盒子的前面是障礙物探測棒。Prop-M計劃在由機(jī)械手手臂著陸后放置在地面上，并在電視攝像機(jī)的視野內(nèi)移動，每隔1.5米停下來進(jìn)行測量?；鹦峭寥乐械倪\(yùn)動痕跡也將被記錄下來，以確定材料的性質(zhì)。
1971年12月2日，著陸器與軌道器分離。大約15分鐘后，下降引擎啟動，將防空罩指向前方。隨后，該模塊以5.7公里/秒的速度以不到10度的角度進(jìn)入火星大氣層。制動降落傘隨后展開，主降落傘被收起，直到著陸器降至超音速以下，這時主降落傘完全展開，隔熱板被彈出，雷達(dá)高度計被打開。在20到30米的高度，以60到110米/秒的速度，主降落傘斷開連接，一枚小火箭把它推到旁邊。與此同時，著陸器的反推火箭啟動。整個進(jìn)入大氣層的過程花了3分鐘多一點兒的時間。
據(jù)報道，火星3號著陸器以20.7米/秒的速度撞擊地表。為了防止損壞儀器，艙內(nèi)還配置有減震器。四個花瓣形狀的蓋子打開，隨后著陸器開始向火星3號軌道器傳輸信號。然而僅僅20秒后，由于未知原因，信號傳輸停止，地球上沒有收到來自火星表面的信號。
目前還不清楚故障原因是來自著陸器還是軌道器上的通信繼電器。著陸器傳回的部分全景圖像沒有顯示細(xì)節(jié)，而且照度非常低。故障的原因可能與當(dāng)時發(fā)生的極強(qiáng)火星沙塵暴有關(guān)，這場沙塵暴可能引發(fā)了日冕放電，破壞了通信系統(tǒng)。沙塵暴也可以解釋圖像光線不佳的原因。
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