我国有望在2013年实现火星探测器发射

2010-10-22 08:52 来源: 科学时报
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我国已具备自主火星探测能力,有望在2013年实现火星探测器发射。

  这是记者从10月21日举行的CAST空间技术论坛上获悉的。当日,以火星探测为主题的CAST空间技术论坛在中国空间技术研究院举行,我国航天领域的主要专家聚集一堂,共同商讨我国自主火星探测问题。

  中国科学院院士叶培建认为:“在我国顺利实施绕月探测,并按照规划启动后续‘落月、采样返回’的同时,研究组提出中国深空探测的2030年前的路线图,即逐步开展覆盖整个太阳系的深空探测的活动。月球探测是深空探测的第一步,而火星探测将是行星际探测的开端。”

探火与探月配合协调发展

  月球和火星无疑已成为当代深空探测的重点领域,美、苏两国在1958年首次发射月球探测器3年之后,于1961年发射了火星与金星探测器,截至目前,人类对太阳系的探测共进行251次,其中火星探测共有42次。

  中国科学院院士欧阳自远认为,总结人类火星探测,主要有三大科学任务:一是探测现在火星生命活动的信息;二是探测与研究火星的演化及其与类地行星的比较研究,为太阳系的起源与演化研究提供新的科学论据;三是探讨火星的长期改造与今后大量移民建立人类第二个栖息地的前景。

  “探测火星的总目标是为人类社会的持续发展服务。”欧阳自远认为,我国开展火星探测同样应有明确的科学目标。

  “我国的首次火星探测应在确保工程的实施与安全的前提下,并具有合理、先进、可行、有创新性和特色的科学目标,对火星开展全球性、整体性和综合性的探测,为研究火星与类地行星的演化积累科学证据。”

  欧阳自远列举了我国首次火星探测的四大科学目标及载荷需求,一是探测火星表面地形地貌及其变化,实现这一目标需要高分辨率立体彩色成像仪和激光高度计两种载荷;二是火星表面矿物岩石分布调查和资源分析,主要利用中远红外光谱辐射计;三是火星表面和大气中的水或水冰探测与研究,需要利用高分辨率立体彩色成像仪,紫外、红外大气光谱仪或行星傅里叶光谱仪;四是火星物理和大气层探测,主要利用红外大气光谱仪或行星傅里叶光谱仪,紫外光谱仪和磁力计。

  “我国深空探测的战略方向与发展规划必须与嫦娥一、二、三期工程有机结合,相互促进,协调发展,形成我国统一的深空探测国家战略与发展计划。”欧阳自远认为,我国有能力在实现绕月探测之后,力争于2013年开展首次绕火星探测,相继开展金星及小行星探测;在实现月面软着陆与月球车巡视探测的基础上,可适时开展首次火星软着陆与火星车巡视探测;在实现月球自动采样返回(2017年)的基础上,发射火星软着陆器探测与自动采样返回(2019年)。

  叶培建也介绍,在2030年我国深空探测发展战略中,在统筹考虑的原则下,已建议在技术层面以两条相互关联、又各有特色的主线发展,即以火星为主要探测目标,以科学探索和技术推动为宗旨的行星际探测主线,及以月球探测为目标,以完善月球探测技术和体系,开展月球科学和资源利用为宗旨的月球探测主线。

  叶培建认为,作为一项自主设计、开拓性的复杂航天工程,火星探测必然面临许多新问题的挑战,火星探测应充分继承绕月探测工程成功实施所奠定的基础,降低风险,确保探测任务成功实施。

坚持自主探测

  “我国深空探测发展的指导思想是‘在立足自身的原则下开展国际合作’。”在谈到火星探测若干工程问题时,叶培建强调了我国火星探测应坚持独立自主的原则。

  叶培建认为,通过火星探测器的自主研发,可突破自主导航定位、2~3个天文单位距离的测控通讯、70天以上自主生存、火星环境工程参数等深空探测共性关键技术,是我国未来深空探测规划中承前启后的关键环节。

  坚持独立自主并不等于否定国际合作。叶培建指出,从长远观点来看,深空探测任务是探索人类共同关心的起源和发展等深刻问题,因而具有很强的开放性,与应用卫星、载人航天等领域相比,更有利于开展国际合作;从技术层面,如全球测控、数据接收、部件配置等看,也需要广泛的国际合作。

  在世界各国已实施的深空探测项目中,国际合作都是一个重要方面,如卡西尼—惠更斯号的卡西尼轨道器是由NASA研制,惠更斯着陆器则由欧空局研制;欧空局的“火星快车”探测器与NASA“勇气号”和“机遇号”实现了通信中继;印度月船探测器上携带了NASA提供的Mini-SAR和欧空局研制的相机。而在今后各国的规划中,也非常注重国际合作。

  尽管如此,深空探测领域仍是一个充满竞争的领域,在开展国际合作的同时,世界各国都很关心维护自身利益,力图提高自身的技术实力,摆脱核心技术、元器件、经费和进度受制于人的局面。

  “只有独立自主地具备了进入了空间、探索空间的能力,才能掌握国际合作的主动权,充分利用深空探测平台,在国际合作中吸取他人的先进经验和技术,与国际共享探测成果。”叶培建认为。

  对于国际合作,叶培建认为,形式可以灵活多变。如在科学目标方面,火星探测科学目标与国际项目互补,交换探测成果;提供新技术验证平台,开展国际上深空新技术搭载和验证;根据科学目标,在国际范围优选先进载荷,分享探测成果;在立足国内测控的前提下,寻求国外测控站支持。

时机成熟

  “作为探索外层空间的关键环节,火星探测符合我国航天事业的战略方向,也是作为一个世界航天大国的必然发展趋势,中国已具备自主火星探测能力。”叶培建表示。

  北京跟踪与通信技术研究所副所长董光亮在谈到火星测控与通信系统研究问题时介绍,根据我国探月工程二、三期深空测控网的建设和规划情况,预计2012年建设完成的新疆喀什地区35米S/X/Ka三频段深空站和佳木斯64米S/X双频段深空站,将实现我国深空探测器60%左右的测控覆盖。

  规划中的南美洲深空站建成后,将实现我国深空探测的全球布站,对深空探测器的深空覆盖率可达到90%以上,并可通过与ESA在澳大利亚和西班牙的深空联网进行长基线的ΔDOR干涉测量。

  “我国两个深空站建成后,将具备支持自主火星探测任务测控通信的基本能力。”董光亮表示。

  在火星探测器方面,中国空间技术研究院总师黄江川详细介绍了我国首次自主火星探测的火星探测器研究方案。

  对火星开展全球性探测将是我国首次自主火星探测的首选。基于这一思路,已确定了我国首次自主火星探测的4项工程目标,主要包括:建立独立自主的火星环绕探测基本工程系统;获取第一手火星测量数据,开拓我国行星科学研究领域;突破深空探测共性关键技术,实现由月球探测到火星探测的技术跨越;对基于探月工程的成熟技术进行创新,确保研制周期与可靠性,使我国成为第4个独立并成功实施火星探测的国家。

  在轨道设计方面,基于卫星平台的现实基础和长征三号乙火箭的发射能力,目前可供选择的地火转移轨道是采用能量最省的霍曼转移方式实现。

  “对火星探测器的变轨能力与运载发射能力等因素的研究表明,我国有望在2013年11月实现火星探测器的发射。”黄江川表示。

  整个火星探测任务的规划为:运载直接将探测器送入地火转移轨道,在地火转移轨道上探测器需经历约10个月的星际飞行;经过2到4次中途修正,最后实施火星轨道捕获;实现火星捕获后,探测器进入环绕火星运行的大椭圆轨道;在之后的1~2个月之内,探测器对捕获后的轨道进行调整,最终形成使命轨道,并在此轨道上开展为期1~2年的火星探测。

  而火星探测器也将以嫦娥一号卫星平台为基本型,探测器发射质量约为2350千克,干重1040千克,携带约110千克的有效载荷,在环绕火星的椭圆轨道上进行科学探测。

  中国工程院院士龙乐豪则透露,我国研究人员已开始着手重型运载火箭的研制工作。目前我国已形成了基于大推力液氧煤油发动机和基于大推力固体助推器的两种重型运载火箭总体技术方案。

  两种构型的重型火箭长度将达到100米级,火箭起飞重量达到4000吨级,起飞推力达到5000吨级,初步弹道计算结果表明,两种方案的LEO运载能力将超过130吨。

  “载人登月、无人火星探测、载人登火及其他深空探测及空间开发等,都将是重型运载火箭的需求方向。”龙乐豪表示。