今年8月27日,火星与地球将达到六万年以来的最近距离,这在天文学上被称为“最近距火星大冲”。面对这次万载难逢的机会,众多空间大国纷纷开展火星探测计划,火星探测重新升温,国际方面将行星探索及开发利用的目标再次集中在火星。作为有可能成为继俄、美、欧、日之后的第五个火星大国的中国,在火星研究方面的动态以及规划成为人们关注的焦点,据此,记者对中国科学院院士刘振兴进行了采访。他就我国火星探测的具体步骤、部署以及指导思想提出了自己的看法和建议。
刘振兴院士介绍说:国际上的火星探测开展的很早,目前已经达到了很高的水平。我国相对在火星方面的研究比较滞后。其实早在上世纪90年代初期,“我国开展火星探测的必要性和可行性研究报告”就被列入“863”计划“行星探测”课题进行研究。当时的主要目的是要调查国际上对火星探测的状况,研究火星探测器的发展,总结国外火星探测已经取得的科学成果,以便提出我国初期火星探测的科学目标和粗略的探测器方案设想,并为我国火星探测的规划提出一些意见和建议。只是后来,由于种种原因,没能进行具体的实施。
刘振兴院士认为在现在这个科学技术突飞猛进的时代,空间探测及对空间的开发和利用,已经成为反映一个国家高新科技水平和经济实力的重要标志。因此开展火星的探测和研究,对于我国的科学、社会和经济的发展以及提高我国的国际地位都具有重大的意义。虽然目前我国在火星探测方面还留有空白,但作为一个空间研究大国,我国有实力也有基础来填补这个空白,使我国在国际上获得自己应有的地位。
根据我国现有的国情和科研状况,结合先期启动的“嫦娥”探月工程所取得的成果和经验,最终联系火星的实际要求,刘振兴院士认为我国火星探测规划应该采取“五步走”的策略。
第一阶段主要是为我国探测火星做预先的研究。刘振兴院士指出,预先研究是非常重要的一步,也是中国探索火星所要跨出的第一步,目的是要为我国探测火星做必要的准备工作。重大的研究要想取得成果离不开预先的准备,不能没有准备就上项目。其他国家已经取得一定成绩,我们要想立足,就必须有所创新。现阶段,有关的国际会议我国很少参加,做的研究和工作不多,但是我们可以通过国际合作,利用国外已经取得的探测数据、成果进行研究,提出符合我国国情又具有世界先进水平的探测目标和项目,并根据探测目标的要求,提出具体的技术方案,进行关键技术问题的研究。这种关键性技术问题的研究大致包括以下三个方面:
其一是对火星探测器本身(也称之为卫星或者飞船)的研究。这类研究包含很多的基础信息,例如对火星轨道的计算。火星轨道极其复杂,而且距离遥远。此次“火星大冲”是火星六万年来距离地球最近的一次,但即使如此,发射一颗卫星也要6个月的时间才能到达,在平时则需要8-9个月。相比之下,月球距离我们只有38万公里,通过“嫦娥”探月计划所取得的科技成果还远远不能满足火星的需要。而且因为其轨道复杂,飞船往往需要变几次轨才能接近火星,因此必须要彻底解决火星轨道的技术问题,才能降低飞船运行过程中的损耗以及失误率。
其二是关于运载系统的研究,例如运载火箭等等。火星探测器能够准确的进入预定轨道,运载系统功不可没。对这部分的研究主要是对火星探测器的测控系统以及姿态控制技术的研究,研究如何在如此遥远的距离中对火星探测器的空中姿态进行控制。
其三是对火星探测信息接收系统的研究。火星探测器获得有关火星的第一手资料后需要及时的传递回地球,在如此远的距离中如何使信号不流失,能够准确无误的接收到各种信息是人类能否解开火星迷题的关键。但就我国国情来说,探测距离地球38万公里的月球所使用的设备,对火星而言还远远不够,需要进一步的试验和研究。
刘振兴院士最后强调,预先研究是十分重要的。因为我们不能完全重复国外已做过的事情,应当充分发挥我国科学技术人员的才智,力求有自己的特色和创新。而预先研究为我们系统了解国际上火星探测的现状和发展趋势,总结我国在航天技术和空间探测方面的经验教训提供了资料,并可以针对一些技术难题进行攻关,立足国情,充分发挥现有优势,为我国尽早在国际上占有一席之地打下基础。
第二阶段是发射绕火星飞行的探测器。这类技术相对比较容易,但其必要性十分值得关注。发往火星的探测器主要可以进行两个方面的研究,一是可以运用各种技术探测火星的空间环境(包括火星磁层、电离层、大气、天气、气候等)取得比较详细的第一手资料;另外此种火星探测器虽然只能绕火星飞行,不能采取软着陆方式,采集火星土壤等实地资料,但可以采用遥感仪器对火星表面的化学成分和土壤特性等进行遥测,例如它能观察火星两极有没有相当于冰块之类的物质,从而为解开火星“水之谜”提供研究资料,并为软着陆作出充分准备。
第三个阶段是火星软着陆,发射软着陆登陆器,试验着陆技术,发展火星漫游车,火星机器人,实地测量火星表面物质的化学的特性,例如探测火星水体的有无以及具体方位,探测火星的矿物特性,从而进一步研究火星的资源和生态环境。这阶段也是为在火星上建立观测站打基础。
第四个阶段是建立中国的火星观测站。现在,地球上所有的地方基本上都已经被人类开发。人类未来的开发目标将是行星,火星的特殊空间位置以及其他条件必将使得它成为各国的目标。虽然火星是人类共有的,然而哪个国家先占领,就可以先利用,也就能够走在火星开发利用的前列甚至是整个空间技术研究的前列。如果中国坐失火星探测的机遇,必将失去未来分享火星开发成果的资格。 所以在火星上建立中国的观测站是十分必要的。另外,在火星上建立观测站,可以探测火星内部结构、火星的矿物特性以及气候,得到第一手的研究资料。
第五个阶段是发展完善火星观测数据的返回技术。在火星上依靠机器人或是其他技术手段进行数据的研究、标本的分析是很困难的,因此这些数据以及标本需要反馈到地球。这就需要火星-地球往返技术的发展和完善。
刘振兴院士还指出,载人火星飞行是火星探测的长远目标。美国可能在2020年前后实现载人登陆火星。我国虽然现在离这个目标还有很大的差距,但是我们绝对不会放弃这个目标。
刘振兴院士还对我国火星探测的具体步骤提出自己的看法。 他说,虽然现在我国的工作重点放在探月,但是火星的探测工作和月球的探测工作并不是完全分开的两个步骤。这两项工作在原理和技术上有相似性。火星探测可以汲取探月的技术经验,在适当的时候展开。探月可以在关键技术上为火星提供借鉴,其中最重要的一项技术就是远距离数据接收系统。月球软着陆后,数据接收系统建立,在此基础上如果建立了符合火星探测的接收系统,就可以开展火星探测的第一步了。他还介绍说,目前,我国已经逐渐重视火星的研究工作,我国科技部门已将“地球与火星空间环境比较研究”列为重要研究方向,准备大力 [1] [2] 下一页
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