水手9号：人类第一颗环绕地外行星飞行的探测器

小火箭出品

本文作者：邢强博士

今天，咱们不聊美国刚刚进行的那次陆基导弹拦截洲际弹道导弹的反导试验，而是回首一下46年前，在1971年5月30日发射的水手9号火星探测器吧。（世界标准时间公元1971年5月30日22点23分00秒，北京时间1971年5月31日06点23分00秒发射，因此今天是水手9号探测器升空46周年纪念日。）

上世纪60年代，为开启新知，了解有关水星、金星、火星等行星的情况，NASA启动了水手计划。

跳过水手1号到7号不讲，直接说8号和9号吧。水手8号及水手9号是两艘姊妹探测器，原设计是两艘探测器同时绘制火星地表地图。不过，可惜的是，水手8号探测器在1971年5月9日发射的时候，因火箭故障而坠毁在地球上。

世界标准时间公元1971年5月30日22点23分00秒，北京时间1971年5月31日06点23分00秒，水手9号探测器搭乘宇宙神-半人马座运载火箭发射升空，独自奔向火星。

注意上图的运载火箭的第一级那两台奋力工作的游动发动机。这不禁让小火箭想起了这枚运载火箭的前身：美国最早的洲际弹道导弹宇宙神。

从这个角度来看，正好能清楚地看到宇宙神洲际弹道导弹的游动发动机。注意游动发动机此时正在奋力工作以稳定导弹的姿态。

嗯？虽然看到了游机喷出的火焰，但还是离得有点远，看不清游机长什么样子。没关系，小火箭有宇宙神游动发动机的清晰照片。

这是宇宙神洲际弹道导弹上面的LR-101液氧煤油游动发动机。整台发动机重24.494公斤，算上框架，最大长度仅50.81厘米。

游动发动机可以绕两个轴转动，底部的转盘支持在满功率工作下在70°范围内进行往复调节，顶部的偏航调节轴向外支持最大36°摆角，向内支持最大26°摆角。

可别小看宇宙神导弹上的这两个小家伙。它们才是整枚导弹上工作时间最长的发动机。从地面点火的时候，游动发动机就和主发动机一起工作了，然后历经助推发动机尾裙脱落、主发动机关机等过程。

之后，整枚导弹在就是依靠这两台推力不足454公斤的发动机控制导弹的姿态和最终速度。可以说，主发关机之后，导弹到底能打多准，就全靠这两个小家伙了。

研发这款不到50斤重的发动机的公司是赫赫有名的洛克达因。这公司可不仅仅生产这样的小发动机，土星5号的F1火箭发动机（世界上推力最大的单燃烧室发动机）也是他们家研发的。详见小火箭的公号文章《F-1:史上最强的单燃烧室液体火箭发动机》。

宇宙神-半人马座运载火箭后来被证明是一款比较成功的由洲际弹道导弹改造而来的运载火箭。

世界标准时间1971年11月14日00点42分00秒，在太空中孤独地飞行了5个多月的水手9号探测器进入绕火星轨道。她开始拍摄火星地表照片并用红外线和紫外线仪器分析火星大气。

这是水手9号探测器拍摄的奥林匹斯山的样子。

奥林帕斯山的最高峰高于火星基准面21229米。山体周围环绕4至8公里高的山壁。地球上有着珠穆朗玛峰的喜马拉雅山脉跟火星上的奥林匹斯山相比就有些相形见绌了。而且，奥林匹斯山山脉的面积巨大：

火星奥林匹斯山与法国的领土比较。

在很长一段时间里，人们都认为奥林匹斯山是太阳系内最高的山峰（或许很多人至今仍有这个认识）。不过，实际上，在2011年，黎明号深空探测器绕着小行星灶神星转了转，测定了上面名为雷亚希尔维亚中央峰的山峰，其峰顶高于基准面22000米，刷新了太阳系内已知最高山峰的纪录。

这是水手9号探测器拍摄的火星奥林匹斯山的细节照片。这张照片非常有名，基本上，70后和80后小时候看到的有关火星的照片中，这一张是出镜率最高的了。

这是水手9号探测器在1971年底拍摄的火星上的一个复杂的峡谷系统的照片。因水手9号，该峡谷得名为水手谷。

水手谷是火星上最大的峡谷，也是目前已知的太阳系内最大最长的峡谷，位于塔尔西斯火山高原的东侧，长3769公里、最深处7公里，是一个复杂的峡谷系统。这是海盗1号探测器拍摄的火星高清照片。我们可以看到横亘在火星腰部的复杂地貌就是水手谷。

这是火星奥德赛号拍摄的水手谷照片（需要把手机横过来看）。

水手9号探测器拍摄的水手谷

水手9号拍摄的水手谷。这张照片采用了红蓝3D处理。可以佩戴红蓝眼镜看出水手谷的3D效果。

水手9号探测器拍摄的火星北极二氧化碳冰盖的情况。

水手9号探测器拍摄的火星云团。火星的大气密度只有地球的1%。

水手9号探测器拍摄的火星大气层

水手9号拍摄的火星沙尘暴

兢兢业业的水手9号探测器在火星轨道上工作了349天，共传回了7329张火星照片和5400万比特的数据资料以及，分析了火星大气的密度、压力、组成和温度。

这些照片是如何处理的呢？要知道上世纪70年代还没有可供拼图操作的电脑和相关软件呢。答案是：人工拼接。

细心的你或许已经发现了上面的几张图片有分布得很有规律的一些小黑点存在了。

这是工程师正在细致处理水手9号探测器传回的照片的场景。嗯，我们当年看到的火星照片就是这样一张一张拼接起来的。

水手9号探测器拍摄的7329张火星照片覆盖了火星70%以上的表面。这是人类有史以来第一次以如此高的分辨率（1像素相当于100米）和如此大的覆盖率来掌握火星表面的情况，为后续的火星探测提供了有力的数据支撑。这位老爷子的拼图能力挺强的，至少小火箭看前面的一些水手9号探测器拍的照片时，没有发觉明显的手工拼接痕迹。

水手9号探测器

水手9号探测器拍摄到的火卫一。

水手9号探测器拍摄到的火卫二。

进入21世纪，水手9号探测器在1971年和1972年拍摄的照片经过现代图像增强技术处理后被重新着色。比起未经处理的黑白照片，看起来是不是好看多了？

在用完姿态控制气体后，1972年10月27日，水手9号探测器耗尽了用于调整姿态的气体，停止了工作。不过，她并未坠落。实际上，直到今天，水手9号探测器依然在围绕火星飞行着。预计她至少还能够坚持绕火星飞行到2022年。

小火箭本人虽然是火箭与导弹总体设计专业的，而且最近见到了十几年前怀抱同样的设计火箭梦想的一同读书的挚友和同学，相谈之间，感慨万千，但是目前依然还是期待这些技术用于向远方航行而不是用于战争。

导弹与运载火箭的技术为什么非得用于战争呢？是因为星空不够美，还是因为宇宙深处的召唤不够诱惑？

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