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海盗号探测器

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海盗号探测器
海盗号探测器
1975年8月20日和9月9日,美国发射了两个海盗号探测器,用于探索火星上有无生物。这两个探测器由轨道飞行器和登陆舱组成,长为5.08米,重3530千克,其中轨道飞行器重2330千克,登陆舱重1200千克,用三脚支撑,装有生物化学实验箱、测量挖掘设备、两台电视摄像机、机械手和电源。

海盗1号和2号分别于7月20日和9月3日在火星表面软着陆成功,40分钟后就将第一张火星彩照发回地球。它们分别在火星上工作了六年和三年,对火星进行了考察和拍照,共发回五万多幅火星照片,分辨率高达200米。四次探测有无生命存在的实验中,没有发现任何高级生命痕迹,从而排除了有关火星人的推测。

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背景介绍编辑本段回目录

火星是一个谜一般的行星,19世纪后期至20世纪前期,“火星运河”、“火星人”等一度被传得沸沸扬扬,科幻小说家所著的《大战火星人》之类的小说也广为传播。人类进入空间探测时代后,火星理所当然成了十分吸引人的探测目标。继前苏联发射几艘“火星号”探测器和美国发射“水手9号”探测器探测火星之后,美国又在1975年启动了2艘“海盗号”探测火星的计划。

1975年9月9日,美国发射了“海盗2号”火星探测器,

海盗号探测器
1975年,两个“海盗号”火星探测器在火星着陆
在绕火星进行了长时间的探测之后,它又放出火星着陆器于1976年9月30日在火星表面软着陆。在这之前,1975年8月20曰,美国已发射了“海盗1号”火星探测器环绕火星探测,该探测器于1976年7月20日放出火星着陆器在火星表面软着陆。“海盗1号”和“海盗2号”像一对孪生兄弟,各方面都极为相似,甚至它们降落在火星表面的着陆器的结构几乎完全相同。两艘“海盗号”在绕火星探测期间,发回了数万张火星表面图像的传真照片,它们所放出的着陆器在火星表面着陆后,又发回了着陆地附近火星表面的大量近距传真照片。

两艘“海盗号”的探测表明,火星是一个荒凉的世界。其表面也有环形山,但比月面上要少得多,还有大峡谷山脉以及蜿蜒曲折、外貌酷似河床的结构物。由于火星表面大气极其稀薄,紧挨固体表面处的大气压相当于地球上海拔3万米高度处的大气压,一旦有液态水存在,就会立即蒸发光。所以现在这些“河床”中肯定没有液态水。火星表面的水,很可能与固态二氧化碳一样,被冻结在南北两极的极冠中。

两艘“海盗号”着陆器都有一个重要任务,即进行生物探测实验。它们都装有一个可以挖取火星表面之下土壤的手臂,把挖得的土壤放到着陆器的特殊实验室中,用碳14作示踪原子,并用气相分析分光仪来寻找有机化合物的痕迹,结果未能找到有微生物存在的迹像。但是,火星表面大量酷似干涸河床的结构物似乎表明,火星在过去遥远的地质年代中,当时表面大气压比现今高得多,表面温度也比现今高,很可能有大量的液态水在这种“河床”中流动。现今观测到的河床结构物很可能正是那时火星上汹涌澎湃的江河。有人认为,那个时候火星上是一个有生命的世界。至于目前火星上是否还有生命存在,尽管在两艘“海盗号”之后,美国又多次发射探测器探测火星,但这个问题至今还没有确切的结论。

海盗1号编辑本段回目录

海盗1号于1975年8月20日在佛罗里达的堪培拉海角由TITAN 3E-CENTAUR D1型火箭发射升空。探测器于1976年6月19日进入火星的轨道,着陆装置于1976年7月20日在Chryse平原斜坡着陆成功。

接着,

海盗号探测器
携带着陆器的海盗1号轨道器
它立即投入了事先编好程序的寻找火星微生物的工作中去(人们仍在争论:火星上是否有生物存在), 并发回了难以置信的周景全彩色图。科学家由此知道了原来火星的天空是略带桃粉色的,并非是他们原先所想的暗蓝色(天空是粉红色,因为稀薄大气中的红色尘粒反射太阳光所致)。

着陆器在一片红色沙地上着陆,大圆石向四周延伸,使得它的照相范围最远。

美国宇航局发射的“海盗1号”和“海盗2号”宇宙飞船在火星表面着陆。安装在“海盗1号”和“海盗2号”宇宙飞船上的仪器提供了大量关于火星大气及其表面的颇有价值的资料。采用生物学实验的方式在火星土壤中发现了奇特的化学元素,但并没有确凿的证据表明火星上存在生命或其它的有机化合物。很明显这颗行星的表面是贫瘠荒芜的。这种说法20年后受到了挑战,因为美国宇航局宣称,针对落在地球表面的火星岩石进行的研究最终发现了微生物化石

海盗2号编辑本段回目录

海盗2号于1975年9月9日发射,于1976年8月7日进入火星轨道

海盗号探测器
美国海盗2号探测器模型
1976年9月3日触地于乌托邦平原。完成同它姐妹探测器一样的任务,意外地,地震检波器的正常工作使它记录了一次火星地震

海盗2号(VIKING 2)的目标是探测火星大气结构及组成以及寻找是否有生命的迹象。 包含海盗2号(VIKING 2)轨道太空船以及无人登陆艇,自卡纳维尔角以泰坦(TITAN 3E)运载火箭发射升空,其主要任务与海盗1号相同,均为取得高清晰度的火星地表照片,并探测火星大气结构及组成以及寻找是否有生命的迹象。

1976.8.7海盗2号探测船进入环绕火星的轨道中,大约一个月后,无人登陆艇亦成功地自轨道探测太空船脱离而于1976.9.3以软著陆的方式到达火星地表,进行火星地表影像之拍摄工作。

由海盗1号及海盗2号轨道太空船所做的观测,对於火星地形了解有极大的帮助,而无人登陆艇并传回约1400张以上之火星地表影像。 由照片之分析可知,火星上空有许多灰尘,而使天空呈现粉红色,另外火星地表的红色系由于大气中含有氧化铁所致。 环绕火星轨道706周後,海盗2号轨道太空船于1978.7.25停止传送资料;而无人登陆艇也在1980.4.11失去联系。

海盗号探测器
“海盗2号”的火星着陆器

轨道器编辑本段回目录

携带着陆器的海盗号轨道器轨道器的主要功能是运送着陆器到火星,侦测定位以确认着陆地点,为着陆器进行通讯中继,以及进行其自身的科研项目。

海盗号探测器
海盗号探测器模拟图
轨道器基于较早的水手9 航天器,其横截面为约2.5米的八边形。总重2328千克,其中1445千克为推进剂和姿态控制气体。轨道器总高度3.29米。 四个太阳能电池翼沿轨道器轴对称布置,相对的太阳能电池翼展宽为9.75米。每个翼板上安装两块1.57 ×1.23米面积的太阳能电池板,太阳能板由34,800块太阳能电池构成,在火星可提供620瓦特功率。电能也贮存于两个30安时镍铬电池。 主推进器为使用二元推进剂(甲基肼和四氧化二氮)的液体火箭发动机。发动机推力1323牛顿,换算为Delta-V为1480米/秒。发动机可双轴摆动9度。

姿态控制由12个小压缩氮喷嘴、太阳寻获传感器、巡航太阳传感器、老人星跟踪器和由六个三轴稳定陀螺仪构成的惯性部件和两个加速计。

通讯系统包括一个20瓦特S波段(2.3GHz)发射机、两个20瓦特行波管放大器。为了无线电科学研究和通讯实验设置的X波段(8.4GHz)下行链路。S波段(2.1GHz)上行链路。1.5米双轴稳定抛物面天线、固定低增益天线、两个1280兆位磁带记录器和一个381MHz中继无线电装置。

科学仪器包括成像、大气水蒸气、红外热成像装置安装在具有温度控制的指向性扫描平台中。科学仪器总重72千克。航天器的发射机也进行无线电科学研究。

指令处理经由各自独立的两个同样的数据处理器,各具有容量为4096字的存储器用于存贮上行命令和已获取的数据。

着陆器编辑本段回目录

卡尔.萨根与海盗号着陆器模型

海盗2号着陆器拍摄的火星表面着陆器是六面的铝质结构,

海盗号探测器
卡尔.萨根与海盗号着陆器模型
每面1.09米高,0.56 米长。由三条支撑脚支持。三个支撑脚构成边长2.21米的等边三角形。着陆器由两个钚-238放射性衰变电池供电。电池安装在着陆器基础结构两侧,由防风板覆盖,高28厘米,直径58厘米。可提供4.4伏特,30瓦特的连续电源。四个8安时28伏特蓄电池提供峰值负荷。

推进由使用单组元联氨推进剂的火箭发动机提供。发动机喷嘴共12个,排列成四组。三组喷嘴可提供32牛顿推力,产生Delta-V180米/秒。这些喷嘴也通过推力控制进行移动和旋转控制。下降与着陆由三个(安装于基座的长边,呈120度分离布置)具有18个喷嘴的单组元联氨推进剂发动机提供动力,推力于276牛顿至2667牛顿间可调。联氨推进剂经过净化,以防污染火星表面。着陆器于发射时携带86千克推进剂,盛装于2个钛质燃料箱中。燃料箱安装于放射性衰变电池风挡的两端。

着陆器控制经由惯性部件、四个陀螺仪、空气减速装置、雷达高度表、下降与着陆雷达和推力控制。 发射后与进入火星大气层前,着陆器被热护盾保护。热护盾用于着陆器进入大气层时进行气动减速,也用于防治地球微生物污染火星表面。出于防范微生物污染考虑,着陆器经过7天华氏250度“烘培”消毒。发射时,一个“微生物防护罩”包裹着热护盾,直到半人马上面级将轨道器/着陆器联合射出地球轨道后抛弃。这个为海盗号计划开发的行星保护方法也用于其他任务。

通讯经由一个20瓦特S波段发射机和两个20瓦特行波管放大器。

海盗号探测器
“海盗2号”的火星着陆器
一个双轴稳定高增益抛物面天线安装在基座一侧的吊竿上。一个全向低增益S波段安装在基座上。二者均可直接与地球通讯。一个UHF波段(381MHz)天线提供由轨道器中继的单工通讯。数据存储于40兆位容量的磁带记录器中。着陆器计算机具有6000字容量的存储器用于指令存贮。

携带的仪器用于着陆器主要科学研究目的:生物研究、化学成分分析(有机与无机)、气象、地震学、地磁学以及地貌、火星表面和大气物理。

仪器包括:两个360度圆柱扫描相机安装在基座长边附近、自中部伸展的带有收集探头的采样臂、温度传感器、磁体、气象探测器。地面温度传感器、风向、风速传感器装置于一条支撑腿上。地震传感器、磁体、相机测试目标、放大镜安装在相机背侧,接近高增益天线。生物学实验设备、气像色谱分光镜和X射线荧光分光镜安装在环境控制隔间中。气压传感器安装在着陆器底部。科学仪器总重91千克。海盗项目共耗资10亿美元

最终逐一失效编辑本段回目录

海盗号计划结束于1983年5月21日

航天器

抵达日期

失效日期

持续运作时间

失效原因

海盗1号轨道器 1976年6月19日 1980年8月7日 4年1月19天 姿态控制推进剂耗尽后关闭
海盗1号着陆器  1976年7月20日  1982年11月11日  6年3月12天  错误的地面控制信息清除了天线位置数据导致失去联系
海盗2号轨道器  1976年8月7日 1978年7月25日 1年11月18天 推进系统推进剂泄漏后关闭
海盗2号着陆器  1976年9月3日  1980年4月11日  3年7月8天  电池失效后关闭

可能错过火星生命编辑本段回目录

30年前,美国航天局先后发射了两个“海盗号”火星探测器来寻找未知的火星生命,但是“海盗号”在火星表面的实验没有任何收获。不过近日,有学者提出当初“海盗号”的设计存在严重问题,由于它的敏感性不足,因此很难辨别出潜在的火星生命体。

当初,“海盗号”探测器的考察暗示了一些带有消化器官的分子组织存在的可能性,但是科学家用“海盗号”的气相色谱分析仪(GCMS)随后进行的土壤加热分析却否决了生命物质的存在。当时科学家的解释是过氧化物的大量存在让火星的土壤变得异常。这次失败的经历让很多科学家一度打消了火星存在生命的念头。

分析仪器设计有误

最近,

海盗号探测器
海盗2号着陆器拍摄的火星表面
墨西哥大学纳瓦罗·冈萨雷斯为首的研究人员对此提出了质疑。他们通过实验发现“海盗号”上的这种气相色谱分析仪(GCMS)存在很大设计问题。他们发现GCMS甚至都不能从与火星类似的地球土壤中探测出生命物质的存在,冈萨雷斯通过其他的方法探测出了智利北部的阿塔卡马沙漠中获取的土壤标本中含有微生物,但是GCMS却没有发现。这些样本还包括来自西班牙西北部的里沃提诺河床上提取的含铁土壤,它的成分与火星表面的土壤非常相似。

吉尔伯托·列文是长期研究“海盗号”的科学家,他一直坚持认为GCMS的检测结果有缺陷。现在他再次站出来支持这项研究:“现在的研究结果充分证明了人类实际上已经找到了火星存在的生命,只不过我们还没有发现具体的证据。”华盛顿州立大学的地球物理学家德克·苏尔兹-马库赫认为,这项研究增加了大量的证据,现在有必要对当初“海盗号”的考察结果进行重新研究。

火星生命仍待探索

现在科学家们需要解释的问题是,为何有大量的有机物从众多的小行星彗星中不断流入火星,但实际上火星土壤中的有机物含量却非常低。目前的主流观点认为,火星土壤中存在的某种神秘的氧化物与这些有机物发生了化学反应,从而减少了有机物的含量。

纳瓦罗·冈萨雷斯认为,人们应该采取进一步的行动来探索火星生命,毕竟到目前为止,还没有任何实验和研究证明火星生命的存在。目前只能确认的是火星表面确实存在有机化合物。

据悉,2009年,美国航天局将计划建立火星实验室,希望能够在火星上发现微生物的存在。欧洲航天局也计划在2011年或2013年进行一项名为“ExoMars”的火星探测计划。

“海盗号”火星探测器

1975年,美国航天局实施了“海盗号”火星着陆探测计划,先后发射了两个“海盗号”火星探测器,并于1976年在火星表面软着陆成功。“海盗号”进行了大量拍照和考察,在火星上工作时间达6年之久。这两个探测器为探测火星生命进行了4次重要检查和试验。

误杀火星微生物编辑本段回目录

美国媒体2007年01月7日报道,有科学家发表论文称,美国宇航局的火星探测器在30年前可能无意中已经发现火星微生物,但是由于没有意识到,在随后的操作中可能误将所发现的微生物杀死。

在近期美国天文学协会的一次会议上,来自华盛顿州大学地质学教授舒尔策-马库赫在一份论文中指出,1976年至1977年美国宇航局发射的“海盗号”可能无法辨认火星上能已经发现的火星微生物。 

海盗号探测器
海盗号探测器在火星
报告中指出,由于“海盗号” 在寻找的是类似地球的生命形式。这种生命形式的特点是盐水是活细胞内部液体。由于火星表面又干又冷,它上面生命形式的基本单位可能是由过氧化氢的混合物组成,并据此进化。水和过氧化氢混合物能在极短低温的情况下保持液态,因而细胞在冰冻的情况下并不会死亡,甚至可以吸收火星上的稀薄水蒸气。

舒尔策-马库赫在论文中称,由于技术以及认知局限性,“海盗”探测器在上个世纪70年代无法识别以过氧化氢为生命基础的火星微生物,相反可能会在无意的操作中“溺死”或者“热死”这些微生物。

美国宇航局的官员则表示,报告中的这一点,可能有助于将来的火星探测任务,探测器将有望寻找可能存在的不同的生命形态。科学家们兴奋地在新近拍摄传回的火星照片上发现,火星上可能有过液态的水流动。据悉,美国宇航局计划在2008年夏天将进行新的火星探测任务。

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