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火星探測器為何失敗率高

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火星探測器為何失敗率高

2011年11月9日，我國第一架火星探測器“螢火一號”在哈薩克斯坦境內的拜科努爾發射場由俄羅斯火箭“天頂－2SB”發射升空 。
最重的太空垃圾將于三個月內墜回地球
每一次失敗的火星任務背后都有具體的原因 。搭載“螢火一號”的俄羅斯火星探測器出現故障的確切原因目前仍然未知 。
最重的太空垃圾
在地球通往火星的路上住著一個妖怪，它通身綠色 ， 帶著一些黑色斑點，臉是粉紅的，有一張血盆大口 。美國的航天工程師們把這個妖怪叫做“銀河系食尸鬼”（Great Galactic Ghoul） 。
從1960年代開始 ， 他們就“發現”了這個妖怪的存在 ， 因為他們發射到火星去的探測器常常莫名其妙就不見了 。就像四百多年前的航海地圖上會在危險海域標注“這里有龍”一樣，航天工程師們在任務失敗時會用“銀河系食尸鬼又把探測器給吃掉了”這樣的戲謔來平衡失落的情緒 。
中國的火星探測器在2011年第一次遇到了“銀河系食尸鬼” 。11月9日，我國第一架火星探測器“螢火一號”在哈薩克斯坦境內的拜科努爾發射場由俄羅斯火箭“天頂－2SB”發射升空 。“螢火一號”搭載于一架叫作“火衛一-土壤”的探測器上，計劃中后者要去火星的一顆衛星上采集土壤樣本，順便把“螢火一號”釋放到火星軌道上去 。
據“螢火一號”工程應用首席科學家吳季在發射之前的說法，對于中國來說 ， 在還沒有建立起真正的深空測控網之前，借用俄羅斯的探測器一同飛往火星 ， 并開展聯合探測，可將我國科學家利用自主的探測數據、深入開展對火星研究的時間提前 。
然而 ， 俄羅斯的火箭升空之后，“火衛一-土壤”號探測器點火失敗 ， 導致它連同“螢火一號”未能進入通往火星的軌道，而是滯留在了地球軌道上 。俄羅斯試圖在探測器的電池耗盡之前重設其電腦程序，讓它回到正軌，但幾天里的數次努力均告失敗 。
這架探測器有將近15噸重 ， 它攜帶了7噸有毒燃料 。“號稱史上最重的行星際探測器，可能會成為史上失控墜回地球的最重的太空垃圾 ?！痹诿绹詈骄郑∟ASA）約翰遜航天中心工作了22年的軌道設計師詹姆斯·奧伯格（James Oberg）評論說 。
這樣的一架探測器一旦墜回地球，是否可能構成安全威脅？曾有報道稱“火衛一-土壤”上載的有毒燃料在墜入地球時可能無法完全燃燒，最終造成污染 。俄聯邦航天局負責人弗拉基米爾·波波夫金則表示，如果航天器墜落 ， 不會對地球造成任何傷害，它將在進入密度較大的大氣層時爆炸并燃燒殆盡 。
但奧伯格并不認同波波夫金的辯解 ?！爱斎挥锌赡埽▊θ巳海?nbsp;， 俄羅斯知道這一點，盡管它的官方人員仍在否認 。”他對南方周末采訪人員說，“你看，作為一項長期政策，俄羅斯深思熟慮地操縱它所有的廢棄太空交通工具墜入無人的南太平洋 。假如他們認為沒有危險，干嘛不讓它們墜回俄羅斯呢？”
據報道，以現在探測器的下落速度估計，它可能會在12月末至明年1月期間掉落回來 。“從概率上來講，危險是比較小的，但對于概率并不比此還要大的（車禍），我們都會在坐車時系上安全帶 ?！眾W伯格繼續說 。
食尸鬼的胃口
迄今為止，中國的太空探測器所到達過的最遠位置，是日-地系統的“拉格朗日點”的2號位置 。拉格朗日點是天體力學中的一個概念 ， 指的是在兩個天體環繞運行的情況下 ， 在空間放入第三個天體 ， 使其與二者相對靜止 。這樣的點一共有五個 。中國的“嫦娥2號”在今年8月到達了其中一個點 。
拉格朗日點2號位置到地球的距離大約相當于地月距離的四倍，也就是大約150萬公里 。與此相比，火星至少遠在5500公里以外的太空 。
自1960年10月蘇聯發射第一批火星探測器以來 ， 蘇聯和俄羅斯、美國、歐洲、日本共進行過41次發射 ， 其中失敗的占到了半數以上 。所有的任務中包括了13次著陸任務，其中只有7架探測器在著陸后成功發回信號 。美國宇航局在所有的火星探測活動中成功率最高，達到了65% 。其發射的7架著陸探測器中有6架獲得了成功 。
如此之低的成功率，尤其是在1960和1970年代失敗多于成功的情況下，工程師們才創造出了“銀河系食尸鬼”這個怪獸 。1960年代 ， 當時的美國宇航局噴氣推進實驗室主任約翰·卡斯尼（John Casani）作了一幅畫，畫出了一個在火星附近專吃探測器的生物 。
【火星探測器為何失敗率高】當然，銀河系食尸鬼在現實中是不存在的 ?；鹦窃谀菢右粋€遙遠的距離上 ， 帶來的問題首先是通訊上的困難 。通訊信號的強度是與距離的平方成反比的 。其次，飛往火星的時間要比去月球長得多，是以“月”而非“日”來計的 。隨著探測器深入越來越寒冷的太空，到達火星時陽光的強度只有地球的一半，因而需要更多的太陽能板 。
“火星探測并非因超自然的危險而困難，它只是因為人類的疏忽和魯莽而困難 ?！眾W伯格說，“莎士比亞曾寫到：‘布魯斯，是我們的錯，不怨星星……’對于我們的行星目標來說也是如此 ?！?br /> 每一次失敗的火星任務背后都有具體的原因 。1990年代，美國宇航局先后失去了兩架火星探測器，分別是1993年的火星觀察者號探測器和1999年的火星氣候軌道探測器 。對于火星觀察者號的失敗，美國宇航局在其網站上寫道：“該任務在1993年8月22日以令人失望的結果告終，探測器在即將進入火星軌道前失蹤 ?！睂τ诨鹦菤夂蜍壍捞綔y器的說法是，“工程師們總結 ， 探測器進入火星大氣層時飛得太低了，可能導致燒毀 ?！?br /> 然而，進一步考察會發現 ， 火星氣候軌道探測器之所以會進入得太低，乃是因為設計人員將公制和英制單位搞混了 。但是在奧伯格看來，這個原因也只是找了幾個替罪羊而已，“這個失誤之所以能把整個任務搞砸，問題并不直接出在那個層面上” 。由于當時的任務被定性為“更快 ， 更好，更廉價”方針的代表作，常規的“二次確認”被省略了；當有人發現錯誤時 ， 他們得到的回答是“你們得證明我們偏離軌道了”，而此時探測器還尚未偏離 ?！皩τ谔瞻踩?，正確的措施應該是，假設一個威脅是存在的 ， 除非你能證明它不存在，然后再進行下一步 ?！眾W伯格評論說，“不確定性被用作了放棄確認的借口 ?！?br /> 至于火星觀察者號 ， 它之所以會失蹤，是因為它停止了無線電發射 。而無線電之所以會中斷，則可能是它的燃料出現了泄漏 ， 導致爆炸造成的 。而燃料泄漏的原因，跟美國宇航員為了省錢，將一個地球衛星的硬件改造后使用有關 。這種硬件原本只是用于飛行6個小時到地球同步軌道上去，而現在被用于長達一年的行星際飛行 。
對于這些“真正”的原因 ， 美國宇航局一度避而不談，這讓奧伯格在一篇文章中寫道：“納稅人為這些教訓買了單 ， 美國宇航局需要更公開、更徹底地分享它們 ?！?br /> 但他也高興地看到，美國2005年發射的火星偵察軌道器的團隊吸取了以上兩次失敗任務的教訓 ， 讓這次任務變得非常成功，探測器直到今天仍在運行 。它最近發現了火星上曾經有水流的新證據 。
最重要的一課
“火衛一-土壤”號探測器發射出現復雜狀況之后，“螢火一號”的命運令中國人十分牽掛 。但是與國內大量的報道相比，俄羅斯本國媒體的報道并不多 。南方周末采訪人員查詢俄塔社及俄羅斯聯邦航天局網站發現 ， 相關報道十分有限，也缺乏細節 。
據俄塔社報道，在“火衛一-土壤”出現異常情況之后 ， 俄聯邦航天局負責人波波夫金表示，“火衛一-土壤”將繼續在軌道上運行至明年1月，因此，俄羅斯仍然有機會對其進行復蘇搶救工作 。但他同時也表示，對“火衛一-土壤”的“重癥監護”最長只能進行至12月初 。
“航天器的所有系統運作正?！保拔覀兣c航天器的每次對話只能維持7分鐘”，“機會是存在的，可我們不能通過遙測得知到底發生了什么”，波波夫金說 。他同時還否認了外界關于航天器設計存在缺陷的猜測，“這樣的說法是完全不正確的！”
據國際宇航科學院院士朱毅麟分析，故障的出現有兩種可能性 。一種可能性來自發動機本身，即探測器接收到了點火信號，但是發動機因本身故障無法點火 。另一種可能是，探測器根本沒有接收到點火信號，這可能是探測器上的電源或控制系統的功能缺失，也可能是地面遙控指令上傳但無法被接收等原因造成的 ?！皬默F在俄羅斯方面發布的消息來看，還沒有找到確切的原因 ?！彼f 。
“令人遺憾，迄今為止這次事故帶給我們的最重要一課就是，俄羅斯以前在開放和坦率的態度中從國際合作伙伴那里贏得的信任，現在已經喪失掉了 。”奧伯格尖銳地指出，“他們深思熟慮的原則把所有人都蒙在鼓里，無法得知存在的問題和可能的對策 ?！?br /> “第二個教訓，是俄羅斯官員至今沒有懂得的，即一個國家發展大型航天項目 ， 靠糟糕的薪水和威脅出錯了投進監獄是做不到的 ?！眾W伯格繼續說 。
奧伯格認為，中國已經懂得這些道理 ， “它從其他國家那里學習到了那些國家自己都沒有學到的經驗” 。“（中國）已經創造出了一代具有奉獻精神的、頂級質量的太空工作者，太陽系已經在他們腳下 。”奧伯格說，“中國的坦率和大多數情況下的公開政策已經贏得了潛在合作者的信任 ?！?br />
南方周末 黃永明（王寅、李娜對本文有貢獻）