欧盟发射ExoMars火星探测器,寻找火星生命
2016年3月14日下午17:31，欧空局和俄罗斯航天局联合研制的ExoMars 2016火星探测器，搭乘俄罗斯研制的质子号火箭，从位于哈萨克斯坦的从拜科努尔航天发射场升空，预计今年年底抵达火星。ExoMars是Exobiology on Mars的英文缩写，即火星宇宙物种学计划。
发射升空后，轨道器和着陆器还将进行一系列的分离和轨道调整，其中轨道器将持续工作至：
2016年3月14日，任务发射发射窗口为14日25日；
2016年10月16日，着陆器与轨道器分离；
2016年10月19日，轨道器进入火星环绕轨道；
2016年10月19日，着陆器被火星捕获，随后着陆在火星表面；
2016年10月19～23日，着陆器将在火星表面开展短期科学考察；
2016年10月25日，轨道器进入轨道倾角为74的火星科学实验轨道；
2016年10月27日，轨道器进行远火点制动，绕火星一圈的周期由4个火星日变为1个火星日；
2016年11月4日～2017年6月，轨道器进行火星大气制动，降低轨道高度；
2017年6月，轨道器进行相关的科学实验操作工作；
2019年1月17日～12月，轨道器结束火星考察，转而为后续火星表面探测任务提供中继通信服务；
12月，任务结束。
2. 火星从来就不是一场说走就能走的旅行
由于地球和火星都是运动的天体，所以从地球出发的火星探测器并非任什么时候候都能发射，而是每隔2年零2个月780天才有一次发射机会，这样的发射机会称为发射窗口。也就是说，火星探测器的发射窗口每隔26个月才会打开一次。这是因为每隔780天，太阳、地球、火星就会排列成一条直线，称为火星冲，此时是发射火星探测器的好机会。
2003年8月23日的火星冲，火星正好处于离太阳最近的位置近日点，这时火星与地球的距离最近，仅为5575万公里，98迷吧，即火星大冲。这一年的6月2日，欧空局发射其古代上第一个火星探测器火星快车号，同样由罗斯联盟FG号运载火箭在哈萨克斯坦拜克努尔卫星发射场发射升空，火星快车号携带一个轨道器和一辆猎兔犬2号火星车。火星快车轨道器取得了成功，但遗憾的是，猎兔犬2号着陆后就不知所终，再也联系不上。
欧盟发射ExoMars火星探测器,寻找火星生命
火星是太阳系中与地球最为相似的行星，也是唯一有可能实现大规模移民的星球。因此，火星一直是太阳系探测的热点和重点。火星探测的方式重要包括遥感探测和着陆探测两种。遥感探测重要通过轨道器实现，目的是对火星表面开展全球性遥感；着陆和巡视探测重要通过着陆器和火星车来实现，目的是对火星表面重点地区开展定点精细探测，并寻找火星曾经或现在存在生命的证据。
欧盟发射ExoMars火星探测器,寻找火星生命
轨道器飞行在火星大气层之外，技术相对容易一些。而如果是火星车或着陆器，则需要穿过火星大气层才干踏上火星表面，是火星探测中最关键的技术瓶颈。当前，美、俄、日、印、欧等国家和组织都已经或正在积极开展火星探测。1975年以来，美国已成功实施七次火星表面着陆探测，区别是海盗1号和海盗2号轨道器/着陆器、火星探路者号着陆器和火星车、勇气号与机遇号火星车、凤凰号着陆器、好奇号火星车。这些表面着陆任务充分验证了火星探测的技术和能力，实现了火星表面安全着陆与移动探测。
安全着陆在火星表面重要通过3种方式来实现，区别是：气囊缓冲、着陆支架缓冲、空中吊车着陆。20世纪90年代以来，火星探路者号通过气囊缓冲方式成功着陆至火星表面，初步验证了火星大气层进入、减速、着陆的全过程英文缩写为EDL；21世纪初，勇气号与机遇号火星车成功实现大范围表面巡视，并使气囊缓冲着陆技术逐渐成熟；此后，凤凰号着陆器使用着陆支架缓冲方式，实现了火星北极地区的安全着陆；2012年，好奇号火星车实现了质量更重的探测器登陆火星表面，采纳了创新性的空中吊车着陆方式。
火星探测器从130 多公里的高空进入火星大气，时速高达21000公里每秒5.9公里，要在短短七分钟的时间内，让探测器的速度降至零，从而实现安全着陆。这也是所有火星探测任务中技术难度最大、失败概率最高的关键时刻，被称为黑色七分钟。
欧盟发射ExoMars火星探测器,寻找火星生命
苏联曾经对火星探测抱有巨大热情，上世纪六七十年代发射了地球上第一个火星探测器，并在每个发射窗口几乎都会发射3～4颗火星探测器，雄心勃勃地希望在火星探测上占据领先地位，却接二连三遭遇失败，严重打击了自信心。在前苏联含俄罗斯已经发射的17颗火星探测器中，只有3颗算得上基本成功，其中有1颗还只能算部分成功实现成功着陆，却没有取得有意义的成果，整体成功率不足18%。2011年中俄联合实施火星火卫一探测任务，同样遭遇失败，这说明俄罗斯在火星探测的关键技术方面还存在瓶颈，也是俄罗斯愿意与欧洲联合实施ExoMars火星任务的缘由，希望通过国际合作提升自身航天能力。
欧盟发射ExoMars火星探测器,寻找火星生命
相比而言，美国迄今为止共发射17颗火星探测器，其中成功13颗，成功率高达76%。所以航天界有人评价，火星是苏联人的坟墓、美国人的天堂。
近年来，欧洲、印度、日本等国家和组织在火星探测方面也多有动作，其中印度于2013年11月5日发射亚洲首颗火星探测器。的自主火星探测已经论证了十年有余，最近刚刚批准将于实施我国第一次火星任务。面对地球航天进展的新形势，我国相关主管部门和科技界必须有战略眼光，适度前瞻，早日开展火星探测，在人类探索太阳系的征程中做出与大国地位相适应的贡献。
3. ExoMars分两次发射：今年发星、后年发车
ExoMars计划最早始于欧空局1999年红皮书中提出的火星物种学设想。经过十几年的演化，ExoMars计划的重要目的是寻找火星上现在和过去曾经存在生命的痕迹，分为ExoMars 2016和ExoMars 2018两次任务，区别于2016年和2018年发射，整个ExoMars任务的预算为约16亿美元。
这次发射的ExoMars 2016任务重要目的是分析火星大气层中的甲烷气体，验证火星表面安全软着陆的重要关键技术，实现着陆器在火星表面着陆。
ExoMars 2016火星任务重要包括三大科学目标：
欧盟发射ExoMars火星探测器,寻找火星生命
1寻找火星过去存在或现在存有生命的痕迹；
2分析火星次表层土壤中的水和化学环境；
3研究火星大气中的痕量气体成分及其来源。
欧盟发射ExoMars火星探测器,寻找火星生命
通过ExoMars 2016火星任务的实施，将实现四大技术目标：
1验证将科学仪器安全着陆在火星表面的大气进入、减速和着陆EDL技术；
2实现火星车对火星表面的巡视探测；
3实现火星次表层样品采集；
4实现火星样品采集、封装、转移和分析。
在ExoMars 2016任务之后，欧洲还将实施ExoMars 2018任务。2018年正值火星大冲，届时火星距离地球5759万公里，欧空局将于当年7月发射，释放一辆火星车在火星表面着陆，火星车将携带一套钻探工具和多套科学仪器，钻探至两米深的土壤层，以研究火星土壤的化学成分和可能的生命信号。由于该深度能屏蔽火星上的严寒、干燥环境和很强的宇宙辐射，有利于火星生命的保存。因此，2016年发射的轨道器将与2018年的火星车协同探测，开创搜寻火星生命的新篇章。
4. 轨道器和着陆器如何分工
ExoMars 2016任务由两部分组成，一个为痕量气体轨道器TGO，简称轨道器，另一个为减速着陆器EDM，简称着陆器。其中，轨道器重要用于探测火星大气中的微量气体；着陆器用于火星表面着陆试验，为2018年更先进的火星着陆做试验，同时为将来其它火星任务积累经验。
2015年9月，由于ExoMars任务采购的压力表存在缺陷，导致火星探测器的研制计划被延迟。压力表缺陷直接导致发射时间从2016年1月7日推迟至3月14日。目的是修复现有传感器或新购一批新的传感器，预防火星探测器升空后在轨出现问题。
欧盟发射ExoMars火星探测器,寻找火星生命
轨道器由欧空局负责研发，目的是搜寻火星大气层中的甲烷和其他痕量气体体积浓度大于1%，这些气体是证明火星现在存在物种或曾经存在物种的标志物。
欧盟发射ExoMars火星探测器,寻找火星生命
轨道器的轨道高度约在400千米，搭载的科学仪器重要对火星大气中的多种气体进行探测，如甲烷、水蒸气、二氧化氮和乙炔等，进而确定这些气体的分布区域及其来源。这些区域，也将是未来火星计划的最佳着陆点之一。
已有探测后果表明，火星大气含有微量的甲烷，且不同地区和不同时间的甲烷含量不同。由于甲烷在地质古代中难以长期存在，所以探测到甲烷预示着火星可能至今仍在产生甲烷。不过，尽管物种消化过程中会产生甲烷，但其他的物理化学过程也会释放甲烷气体，比如铁的氧化。因此，我们至今仍不清楚火星大气中的甲烷究竟是来自与生命有关的物种过程，还是与生命无关的无机化学反应。
为支持未来的火星探测任务，2016火星任务特别搭载了一个着陆器。目的是验证火星表面安全着陆的技术平台，进行火星表面登陆试验，验证火星大气进入、减速下降和着陆过程中的关键技术，并计划将一个重3千克的科学仪器包，着陆在火星表面。
由于着陆器上既没有放射性同位素电池核电源，也没有太阳能电池板，因此着陆器在火星表面着陆后的能源供给，只能依靠携带的主电池供电，但其电力非常有限，所以着陆器在火星表面的工作寿命只有4个火星日火星上的一天比地球上长39分35秒。
欧盟发射ExoMars火星探测器,寻找火星生命
着陆器重要是为了测量从火星高空至火星表面的大气参数，包括大气密度、温度、压力、风场等；测量火星强尘暴条件下的大气特征；扩展有效工程数据量，分析遥感测量数据与理论模型的差异。当然，由于受到科学仪器质量、能源供应和下传数据量的限制，这些科学目标不一定能够完全实现。
欧盟发射ExoMars火星探测器,寻找火星生命
着陆器最重要的技术目标是，试验和验证欧洲后续火星探测任务必需的关键技术环节，如：气动热力学分析、火星大气进入与减速系统设计、制导导航和控制系统设计与着陆系统设计。
着陆器是一个盾型航天器，由一个半锥角70度的盾头前体结构和一个半锥角为47度的圆锥形后体结构组成。着陆器外直径为2.4米，表面平台直径为1.7米。
在着陆器和轨道器组合体飞往火星的巡航过程中，为减少主电池的能量消耗，着陆器处于休眠模式。由轨道器为组合体提供必需的操作以及与地球间的通信，并为着陆器提供所需能源。
组合体到达火星3天前，着陆器通过三点旋转分离机构与轨道器分离，并为着陆器提供大于0.3米/秒的相对速度和2.5转/秒的自旋角速度，使着陆器与火星大气进入边界点成0度攻角。
着陆器在火星大气层停靠阶段将持续3天，停靠时间长短取决于轨道器与着陆器分离后的轨道修正，为进入火星大气提供必须的轨道机动。这一阶段对着陆器而言非常关键，导航和分离机构的散布将会叠加，进入火星大气边界点的轨道散布也将进一步增加。本阶段最关键的动作，是利用着陆器后体上的太阳敏感器测量惯性姿态，在抵达进入火星大气边界点前，激活探测器系统，为启动火星着陆程序做准备。
由于2016火星任务抵达火星时恰逢全球性沙尘暴季节，因此在进行着陆器设计时，必须考虑沙尘暴的影响。
5. 黑色七分钟考验火星着陆
欧盟发射ExoMars火星探测器,寻找火星生命
火星着陆过程中，着陆器高速进入火星大气，在通过大气阻力实现减速并安全着陆的过程中，需要经历技术难度最大、失败概率最高的黑色七分钟。
ExoMars着陆器的着陆系统包括一个被动着陆装置可压缩缓冲结构和一个主动着陆装置液体肼单组元推进系统。主动着陆装置保证着陆器在高度约1.5米时实现悬停减速至0。
欧盟发射ExoMars火星探测器,寻找火星生命
被动着陆装置由一种层压的可压缩缓冲材料构成，这种材料在冲击过程中以变形方式吸收冲击能量，以达到缓冲目的。在反推发动机作用完成后，着陆器表面平台将以4米/秒的速度着陆，可压缩缓冲材料使该速度带来的冲击降至最低，最大冲击过载为40g。
发表评论:
◎欢迎参与讨论，请在这里发表您的看法、交流您的观点。