天文史上的今天 | MGS：终结火星探测20年之沉寂

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1996年11月7日，美国发射“火星全球勘测者”（MGS）火星探测器。这是继1976年“海盗号”计划之后，时隔近20年，人类首个抵达火星的探测器。

“火星全球勘测者”（MGS）的徽标

来源：NASA

自从上世纪60年代~70年代的火星探测高峰期过后，火星探测的热度迅速降温，这其中当然有美苏太空竞赛已经基本决出胜负的因素，但好在1970年代美国极为成功的两次“海盗”号（Viking）探测器项目取得的大量数据足够让科学家们忙上一段时间。

但慢慢的，“海盗号”留下的“遗产”基本消化完毕，而伴随旧的问题解决，新的问题又开始出现。我们需要“重返火星”。正是在这样的背景下，“火星全球勘测者”（MGS）任务便应运而生了。

飞行在火星上空的MGS探测器

来源：NASA

上世纪70年代，美国“海盗号”拍摄的火星地表

来源：NASA

由于地球到火星的发射窗口两年多才会开启一次，因此要想去火星，探测器往往得“扎堆”走。1996年前后就是一个窗口，如果再不走，就得再等上两年多的时间。于是这一年，美国先后发射了两颗火星探测器：一个绕着火星飞，一个落到火星表面。“火星全球勘测者”就是那个绕着火星飞的，落到地面的那个就是大名鼎鼎的“火星探路者”号（Mars Pathfinder），它还带去了人类第一辆火星车“索杰娜”（Sojourner）。当然这一年俄罗斯也尝试了一次火星探测器发射，但是由于火箭故障，他们“一如既往”的失败了，水平相当稳定。

1996年11月7日，“火星全球勘测者”（MGS）从地球发射升空，这是NASA继“海盗”项目之后，时隔将近20年来发射的第一颗火星探测器。

从地球向火星发射探测器的典型轨道设计

来源：wiki

同样1996年升空，人类第一辆火星车：“索杰娜”（Sojourner），它在1997年的美国独立日抵达火星表面

来源：NASA

在抵达火星轨道之后，这艘飞船便取得了一系列重要的科学发现，从疑似流水侵蚀形成的沟壑结构，到南极的复杂冰层沉积，再到火星沙漠中肆虐的沙尘暴。它的光谱仪还检测到火星地表存在的赤铁矿矿物，这是一种只能在有水存在的环境中形成的矿物。另外，它还对历史上著名的“火星人脸”进行了更加详细的成像。

当2004年美国宇航局的“勇气号”和“机遇号”火星车抵达火星时，这艘探测器还充当了通讯中继星的角色，帮助将火星车的数据转发给地球，它承担这项工作，一直到2006年与地球失去联系，任务结束为止。

“海盗号”时期著名的“火星人脸”

来源：NASA

MGS探测器拍摄的同一地点。所谓“火星人脸”完全不存在，仅仅是光影效果的巧合而已

来源：NASA

1996年前后真的是NASA比较幸运的一小段，就在“火星全球勘测者”发射之前，NASA刚刚经历了惨痛的失败：1992年，NASA曾经发射一颗名为“火星观察者”（Mars Observer）的探测器，但就在即将进入火星轨道之前仅仅三天，NASA竟然与探测器失去了联系。

不但最终结果是失败，整个“火星观察者”项目简直就是灾难，由于各种原因导致项目一再拖延，原定的项目预算是2.12亿美元，结果花了超过8亿美元，最终还是个失败的结果，这令NASA承受巨大压力和责难。

“火星观察者”（Mars Observer）在火星轨道运行示意图

来源：NASA

而在“火星全球勘测者”项目之后不久，下一个火星发射窗口期间，美国再次发射一个围绕火星运行的探测器，外加一个着陆器，结果全军覆没，损失惨重。

因此，1996年“火星全球勘测者”和“火星探路者”两大火星项目的成功在哪个诡异的时期实在难能可贵。

1996年11月7日发射，经过10个月太空飞行之后，“火星全球勘测者”于1997年9月12日成功进入围绕火星运行的轨道。

大气减速示意图：这是另一艘火星飞船“火星勘测轨道器”（MRO），这是一种利用火星稀薄大气与飞船之间的轻微摩擦实现飞船减速的方法

来源：NASA

为了节省减速燃料，MGS使用了一项此前从未在火星探测器上使用过的新技术。那就是我们此前提到过的“空气刹车”（aerobraking）。简单来说就是，MGS飞船使自己稍稍感受到来自火星高层稀薄大气的阻力，并利用这种微小的摩擦阻力实现减速并调整至科学工作轨道的一种手段。此后，“空气刹车”技术也在“火星勘测轨道器”（MRO）以及“火星奥德赛”（Mars Odyssey）飞船进入火星轨道的初期进行了应用。

“火星全球勘测者”是出了名的长寿飞船，实际服役时间超过设计寿命4倍以上，但它最终的告别却是如此的突如其来：在正常服役将近10年之后，2006年11月2日，地面控制中心指令MGS飞船调整其太阳能帆板角度，这是一种常规操作。但令人意外的是，MGS反馈了几个报错信号，随后，探测器便陷入沉默。

MGS探测器抓拍到火星地表荒漠中的沙漠龙卷风

来源：NASA

撞击坑边缘，火星上可能与流水作用有关的沟壑

来源：NASA

事后的分析显示，飞船当时在调整角度时可能将一个电池暴露于阳光直射下，从而导致电池过热并吉尔引发星上的两组电池先后出现电力衰竭导致的。

但不管是什么原因，这颗10年的“太空老兵”从此退役，与地球永远地失去了联系。可是尽管“老兵”远去，MGS在科学与工程方面取得的大量经验和数据，为后续更多的火星探测任务铺平了道路，沉寂20年之后，新一轮的火星探测热潮开始了。

2020年前后，最新的一次火星发射窗口将开启，这一次中国将加入其中，一次性发射轨道器，着陆器并释放漫游车。中国的火星深空探测，将就此起步。

编者按：

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