用户:名字长的让人受不了/沙盒/ExoMars草稿

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ExoMars专案
火星探测计划 TGO，夏帕瑞丽和漫游车
所属组织欧洲空间局和俄罗斯航天国家集团
主制造商轨道部：泰雷兹阿莱尼亚宇航公司、OHB（英语：OHB）

漫游车：空中客车国防航天

登陆部：俄罗斯航天国家集团
任务类型轨道器，2艘登陆器和漫游车
入轨时间2017年和2022年
发射时间2016年3月和2022年[1]
发射手段两艘质子火箭
任务时长斯基亚帕雷利EDM登陆器：4 sols
漫游车：≥6 个月
轨道器：数年
官方网站ExoMars programme
质量TGO：3,130公斤kg[2]
斯基亚帕雷利EDM登陆器：600公斤[3]
苏联登陆器：〜1800公斤[4]
漫游车：〜300公斤[5]
功耗TGO：太阳能
斯基亚帕雷利EDM登陆器：电池
漫游车：太阳能
苏联登陆器：TBD

ExoMars计划（ExoMars、Exobiology on Mars，又被译为火星生物学）是由欧洲空间局和俄罗斯航天国家集团合作推出的非载人火星探索计划[6]，该计划的主要目标是寻找火星上过去和现存生命的迹象[7]。执行探测火星进行太空生物学和地质学研究的任务，并验证ESA未来火星采样返回任务所需的新型技术[8]。

该计划包含两次发射任务[9]。第一次发射任务被命名为火星生物学2016（ExoMars-2016），于2016年3月14日执行，欧空局与俄罗斯航天局联合研制的火星微量气体任务卫星与斯基亚帕雷利EDM登陆器搭乘俄罗斯质子号运载火箭成功升空[9]，但后期陆器火星着陆失败[9]。第二次发射任务将会发射两个火星车至火星进行探索[7]，该任务原定2018年执行，但两度延期后改于2022年执行[10][11]。2022年3月，欧空局宣布受2022年俄乌战争影响，欧方暂停与俄方合作、暂停原定于2022年9月的第二次发射任务[12]。

历史[编辑]

2001年，欧洲空间局启动了曙光计划，并将研究“火星生物学”作为曙光计划的高优先级任务。2002年，欧洲空间局开始对ExoMars计划展开研究，后于2005年12月，欧洲空间局决定正式开展ExoMars计划，并计划于2011年搭乘俄罗斯的联盟运载火箭发射一辆火星车和1个静态着陆器[13]。该计划是以宇宙生物学调查火星过去居住环境的专案计划，为在本世纪20年代的火星样本取回任务专案计划铺路和展示新技术[14]。

2007年，英国的军工系统与航天系统研发公司Astrium公司选中加拿大航天技术公司麦克唐纳•迪特维利联合有限公司（英语：MDA_(company)）为合作对象，以一亿欧元的价格将火星漫游车底盘的合约设计、制造工作交由Astrium负责[15]。

2008年10月，欧洲空间局将“火星生物学”的发射时间推迟至2016年。

2009年7月，欧空局与美国国家航空航天局签署了火星探测联合任务，提出了使用阿特拉斯火箭发射，而不是使用联盟号火箭，显著的改善了火星探测计划的技术和财政。在6月19日，当漫游车仍计划由火星微量气体任务卫星背负时，据报导，未来的协议将会使火星探测计划失去足够的重量，以适合由阿特拉斯火箭发射或搭乘NASA的航天飞机[16]。

火星天体生物学发现-收集者（英语：Mars_Astrobiology_Explorer-Cacher）

然后，这项任务与其它多个专案结合，将由两架阿特拉斯 V火箭发射[3][17]：火星微量气体任务卫星被合并到这个计划中，携带固定不动的地面气象登陆器于2016年1月发射。它还提议包括第二辆漫游车，火星天体生物学发现-收集者（英语：Mars_Astrobiology_Explorer-Cacher）。

2009年8月，欧洲空间局和俄罗斯航天国家集团签署了一项合约，该合约为两国在ExoMars计划上的合作打下基础，其中俄罗斯方面参与该计划的主体为福布斯-土壤。具体来说，欧空局获得俄罗斯的质子运载火箭做为火星探测计划漫游车的一个"备用发射器"，其中也包含了一些俄罗斯制造的零件[18][19]。

2009年12月17日，欧洲空间局正式批准了与NASA合作，并将火星探测计划列为两个步骤进行完成，并承诺在2016年和2018年执行的计划预算确定为8亿5千万欧元（12亿3千万美元）[20]。

2011年4月，由于预算危机，提案取消伴随的火星天体生物学发现-收集者（英语：Mars_Astrobiology_Explorer-Cacher）漫游车，因而在2018年将只有一辆漫游车与大型飞行器的概念[21]。一项建议是新的漫游车将在欧洲建造，和携带欧洲和美国的仪器。NASA将提供运载火箭将之送往火星，并且提供如同空中吊车着陆系统。尽管建议重新组合，但2018年的任务机会目标大致没有改变[21]。

2013年，美国方面由于詹姆斯·韦伯太空望远镜的成本超支，美国国家航空航天局宣布因预算削减，终止参与该项计划[22][23]。ExoMars计划因此被迫进行了大幅度修改[24][25]。

2013年3月14日，欧空局和俄罗斯航天国家集团签署协议，宣布俄罗斯成为该计划的全面合作的伙伴。俄罗斯联邦航天局将提供两次任务的质子运载火箭和最上一节的Briz-M与发射的服务[26]，以及其它漫游车在2018年任务进入、下降和着陆模组[6]，在该协议里俄方将承担：[27]。

  1. 俄罗斯联邦航天局将贡献两艘质子运载火箭，做为付款的合作伙伴关系。
  2. 火星微量气体任务卫星的有效酬载应包括最初为福布斯－土壤开发的俄罗斯仪器[4][6][28]。
  3. 所有的科学成果必须是欧空局和太空俄罗斯联邦航天局的智慧财产（即俄罗斯联邦航天局将获得完整的研究资料[29]）。
2015年在剑桥科学节展出的火星探测计划漫游车的原型。

尽管2016年的阶段看起来是安全的，但在2016年1月宣布，当前的财务状况可能会使2018年的任务要延迟2年[30][31]。意大利对火星探测计划的贡献最大，英国是任务的第二大的金融靠山[32]。俄罗斯的火星探测计划融资可以由福布斯－土壤损失的保险支付部分，大约是12亿卢布（4070万美金）[27]，和重新分配与调整用于Mars-NET和火星探测计划的资金[33][34]。

2013年1月25日，俄罗斯联邦航天局支付了火星微量气体任务卫星第一次飞行的全部科学仪器发展费用[35]。

到目前为止，最初欧空局已经挹注火星探测计划10亿欧元（13亿美金），但是NASA的撤出和合资企业的重组，随后可能将添加数亿欧元的支出[5]，所以在2012年3月，该机构会员国的行政部门已经指示，看看要如何才可以弭补此一不足[36]。一个可能是欧空局的其他科学活动稍微退让一下，使火星探测计划获得优先[5][37]。在2012年9月，欧空局宣布它的新成员，波兰和罗马尼亚，将贡献七千万欧元资助火星探测计划[38]。尽管是在一个相对次要的角色，欧空局并没有排除NASA重回2018火星探测计划的可能性 [5][39][40]。

截至2014年3月，主导火星探测计划漫游车制造的空中客车防务及航太公司英国分公司，已经开始采购关键的零件[32]。2018漫游车一亿欧元（1.38亿美金）的资金仍然短少[32]，由加拿大太空局支付的车轮和悬吊系统现在已经开始在加拿大的麦克唐纳•迪特维利联合有限公司（英语：MDA_(company)）制造[32]。

在过去几年中，经历了一系列的灾难之后[41][42]，在2015年质子M型运载火箭发射了100架次，有10次的失败，因此有些人关注两次火星探测计划都由质子运载火箭发射的可靠性[43][44]。

2016火星微量气体任务卫星的发射[编辑]

2016年3月14日，搭载了火星微量气体勘测卫星的质子M型运载火箭发射成功[1][45][46]，卫星运行状态良好，预计于2016年10月19日飞抵火星[47]。

2020年，俄罗斯联邦航天局建造的登陆器（2020火星探测表面平台）将引导由ESA建造的火星探测漫游车在火星表面着陆[5][6][39]；漫游车也携带了一些俄罗斯联邦航天局的仪器。漫游车的行动和通讯由设在意大利奥特（Aerospace Logistics Technology Engineering Company ，ALTEC）的火星车控制中心管制[48]。

任务目标[编辑]

科学的目标依优先级如下[49]：

  • 寻找在过去或现在的火星生命可能的生物标记。
  • 确定火星浅层地表下火星的水和地球化学与深度相关的分布状态。
  • 研究表面环境并研判对未来载人火星任务的危害性。
  • 探讨这颗行星表层和深层的内部，以更好的理解其演化和适居性。
  • 逐步实现最终将火星样本取回的任务。

发展的技术目标是：

  • 增加登陆火星的酬载。
  • 在火星上利用太阳电力。
  • 利用钻孔机能够收集地下深度达到2米（6.6英尺）的样品。这个深度的岩石不会受到紫外线、氧化与高能离子分解[50]。
  • 开发有地表勘探能力的漫游车。

任务内容[编辑]

ExoMars包含两次发射任务，代号分别为ExoMars-2016和ExoMars-2018[9]，ExoMars-2016的发射任务现已完成，ExoMars-2018则因2018年[10]、2020年[11]的两次延期，最终改为2022年发射，其代号也更改为了ExoMars-2022。

ExoMars-2016 ExoMars-2022
NASA 运载火箭：质子M型运载火箭 发射载具：Atlas V 551
火星微量气体任务 登陆系统：火星科学实验室的太空吊车
65 kg火星天体生物学发现-收集者（英语：Mars_Astrobiology_Explorer-Cacher）探测车
ESA
RKA 		火星微量气体任务（TGM）卫星 270 kg ExoMars
600 kg固定式气候测站
控制进场、下降和着陆系统（Entry, descent and landing system, EDL）

2016年发射计划[编辑]

火星微量气体任务[编辑]

火星微量气体任务卫星
主条目：火星微量气体任务

火星微量气体任务（Mars Trace Gas Mission, TGM）卫星预定在2016年1月发射[50]，将搭载1台ExoMars固定式登陆气象测站，并将绘制出火星甲烷和其他气体来源地图，以协助选择2018年发射的ExoMars火星车登陆地点。火星大气层出现甲烷激起许多人的兴趣，因为这可能是火星至今仍有生物活动或地质活动的证据。火星车于2018/2019年到达后，卫星将改用低轨道，并增加资料传输中继卫星的用途。该卫星也许可以进行延伸任务至2020年代[51]。

2016年3月14日，ESA与俄罗斯联邦航天局合作研发的火星微量气体卫星成功发射，该卫星将分析火星大气层，并将运载斯基亚帕雷利演示登陆器至火星进行登陆[52]。

固定式登陆测站[编辑]

参见：斯基亚帕雷利EDM登陆器

最初计划中的固定测站是会使用11个仪器组成的“洪堡酬载”（Humboldt payload）[53]以进行火星内部深处的地球物理调查，但在2009年第1季的复审后被要求向下修正，因此洪堡地球物理组件全数遭到取消[54]。虽然目前和NASA合作并通过新的酬载复审，决定将使用两座火箭发射所有系统元件；但复审中决定先发射使用ESA技术的降落与登录系统技术登陆测站，使酬载量将受到明显限制。

控制进场、下降和着陆示范模组将使欧洲国家拥有在火星表面降落时进行可控制定向着陆与接地速度的技术。进入火星大气层之后该模组的杜卜勒雷达高度计和惯性测量单元会使模组展开降落伞和启动一连串的定向、导航与控制系统以完成登陆。之后该系统将以on-off模式启动多个推进器控制阀使液压推进系统进行半软式的着陆[55]。

该登陆测站被预期将在火星表面以电池的多余电力使用短时间（约8个火星太阳日）[55]。预定登陆地点是子午线高原，因为当地地形相当平坦，并无许多岩石，是使用气囊系统进行登陆的理想地点。斯基亚帕雷利EDM登陆器于2016年10月19日登陆火星，但由于登陆器与火星高速碰撞，造成登陆计划失败。2016 年 10 月 21 日，美国宇航局发布了一张火星侦察轨道卫星的图像，显示了着陆器坠毁地点。[56]

2020年发射计划[编辑]

目前的计划建议使用NASA开发的太空吊车控制进场、下降和着陆系统以将2台火星车一起送到火星表面[50]。

如果有2台火星车在火星表面同一地点，将可在科学研究与仪器上进行互补，以减少资源重复。在同一地点操作两台火星车的优点如后：两台火星车互相拍摄、类似地质探测目标交叉分析、可能包含火星天体生物学发现-收集者（英语：Mars_Astrobiology_Explorer-Cacher）火星车上的低频透地雷达和接收ExoMars上的WISDOM透地雷达以建立火星车之间地下构造图、MAX-C也许可以从ExoMars取得和收集最有科学研究价值的地下土壤样本[50]。

ExoMars探测车[编辑]

主条目：罗莎琳·富兰克林号
2006年柏林国际航太展（Internationale Luft- und Raumfahrtausstellung, ILA）中的ExoMars旧模型
另一台在2007年巴黎航空展中展示的ExoMars旧模型

ExoMars火星车是一台六轮高自动化的越野车，重量约270公斤，比NASA的精神号和机会号火星探测漫游者重约100公斤[57]。暂定计划考虑将重量降低至207公斤[58]。酬载仪器将包含一个10公斤的“巴斯德酬载”（Pasteur Payload）和一个2公斤的钻孔机[59]。

ExoMars的运送模组将在太空吊车登陆系统能够以高准确度进行软着陆后，以双曲线轨道传送降落模组到火星。当安全登陆火星表面后，火星车将以太阳能进行为期180个火星太阳日（6个月）的任务。为了解决因为通讯延迟造成的遥控上的困难，EoxMars将使用视觉地形导航的自动控制程式，该系统从安装在柱子顶端的全景摄影机和红外线摄影机取得压缩的立体影像，并有独立维持功能。该系统可以从一对导航用的立体相机建立数位地读，并可自动找寻路线。避免近迫碰撞的摄影机系统则是用来确保火星车的安全，可使火星车每日行进约100米。在登陆艇被释放以及登陆火星表面以后，火星微量气体任务卫星将作为火星车的通讯中继卫星[51]。

火星天体生物学发现-收集者火星探测车[编辑]

主条目：火星天体生物学发现-收集者（英语：Mars_Astrobiology_Explorer-Cacher）
火星天体生物学发现－收集者（Mars Astrobiology Explorer-Cacher, MAX-C）探测车示意图

火星天体生物学发现-收集者（英语：Mars_Astrobiology_Explorer-Cacher）（又被称为MAX-C火星车）在原计划中是将与ExoMars一同发射[60][61]。若两台火星车在火星同一个地点探测，可互为补充，组成双基式雷达（bistatic radar）。MAX-C火星车将收集、分析以及储存最有研究价值的资料以作为未来将样本取回地球之用。2022年3月17日，欧洲航天局宣布将无限期暂停与俄罗斯国家航天集团合作的ExoMars火星车任务。[62]

发射载具[编辑]

在与NASA的合作案中，NASA将提供两座擎天神5号运载火箭，分摊ExoMars系统的重量[63][64][65]。

ESA和俄罗斯联邦航天局已经有ExoMars的合作协议，包含备用的发射载具和提供酬载仪器做为任务的支持[65]。备用的发射载具是质子号运载火箭[19]；这是一款四级的火箭，曾用来发射礼炮6号、礼炮7号、和平号太空站和国际太空站的部分组件。

登陆系统和候选登陆地点[编辑]

如果该计划将与NASA合作，将会使用配合火星科学实验室开发的天空吊车进行登陆[66]。

马沃斯峡谷因为有火星可能曾经存在水的线索而成为登录候选地点之一。

在2007年11月，可能的登陆地点如下[67]：

2009年时在火星表面发现了甲烷的来源，而这些区域成为相当值得探索的地点[17]。甲烷在火星出现激起了许多人的兴趣，因为这可能来自火星表面的生物或地质活动；且不论原因为何都是相当重要的发现。甲烷是在广泛分布的热柱区出现，这表示甲烷在分散的区域中被释放。资料显示可能有两个区域是火星甲烷的来源：第一个是中心靠近30° N, 260° W的区域；第二个则靠近0°, 310° W[68]。为了选择最佳的登陆地点和可靠的通讯，现已决定将火星微量气体任务在2016年发射，以事先将甲烷的季节产生量绘制成分布图[69]。探测车即可探测卫星判定的甲烷来源区。

ExoMars探测车仪器[编辑]

火星现在的环境对于生物在表面繁殖是相当不利的：火星表面太过于干冷，且表面暴露于强烈的紫外线和宇宙射线。尽管有这些险恶条件，低阶的微生物仍可能生存于被保护的地表下或者是岩石缝隙甚至岩石内[69]。ExoMars将使用多种科学仪器进行环境生物物理、火星过去与现在的适居性和可能的火星表面生物特征研究。ExoMars首次的科学仪器提案（2004年）如下[70]：

摄影系统[编辑]

ExoMars上的全景摄影系统是用来合成数位地形图作为火星车导航与显示火星岩石表面可能的古生物活动造成的地质特征。该系统有两台广角摄影继拍摄多光谱立体全景影像，以及一台高分辨率摄影机拍摄高解析彩色影像[71][72]。PanCam也可拍摄难以到达区域的高分辨率影像的方式支援其他仪器的科学量测；例如撞击坑或岩壁。另外，也可以协助进行太空生物学研究最佳地点的选择。

钻孔机[编辑]

ExoMars上的钻孔机可以取得最深2米的土壤样本，可适用于各种土壤。钻孔机可取得土壤或岩石的岩心样本（约直径1公分，长度3公分大小）并将样本带到火星车的样本盒内进行分析。钻孔机内装设了火星表面下研究多光谱摄影机(Mars Multispectral Imager for Subsurface Studies, Ma-Miss），这是一台小型的、可探测钻孔的红外线摄谱仪。该系统将进行两个完整的垂直钻孔2米深实验循环（每次取得4份样本）。这表示至少将取得17份样本并进行后续分析[73]。

分析仪器[编辑]

以下ExoMars上的仪器将用来研究收集到的样本[74]：

  • 火星有机分子分析仪（Mars Organic Molecule Analyzer, MOMA）包含一个激光脱附离子源和气相层析质谱分析仪。激光脱附离子源可以使有机分子蒸发，即使该种分子并非挥发性。气相层析质谱分析仪则可以用气相层析的方式分离出高挥发性的小分子。最后分析出来的分子将以四极离子阱进行分析。
  • 红外线摄谱仪（Infrared imaging spectrometer, MicrOmega-IR）可以使用红外线光谱分析以钻孔机收集的矿物粉末。可使用该仪器对矿物组成进行详细研究以了解火星某区域的地质演进、构造以及成分。这些资料将会是了解火星过去和现在地质作用和环境的关键。因为该仪器也有摄影的功用，也可使用该仪器来确定火星表面特定的砂石颗粒，并且可将这些砂石作为火星有机分子分析仪和拉曼光谱仪的观测目标。
  • 拉曼光谱仪 (Raman spectrometer, Raman)将作为红外线摄谱仪的补充，以提供地质和矿物成分资讯。拉曼光谱仪可以有效判定形成过程和水相关的矿物[78][79][80]。
  • 透地雷达，又称为WISDOM（Water Ice and Subsurface Deposit Information On Mars），将用来探测火星表面以下状况以判定地层和选择适合的地层进行取样本分析[81]。该系统使用两个位于车体后半部上方的小型韦瓦第天线（Vivaldi-antenna）。进入地下的电磁波会在土壤电磁参数突然改变的地方反射；科学家可依照电磁波反射状况以建立地表下可能的地层图和选定地表下2至3米的探测目标，以配合钻孔深度最深可达2米的钻孔机。探测资料将与全景摄影机和收集的样本分析资料整合以帮助进行钻孔探测[82]。
  • 火星表面下研究多光谱摄影机（Mars Multispectral Imager for Subsurface Studies, Ma-MISS）是依台装在钻孔机内的红外线摄谱仪。Ma-MISS可以观测钻孔机所钻出的孔壁以研究地层、确定地球物理环境、形成与水相关矿物的分布与状态。Ma-MISS分析未暴露在表面物质的资料和光谱仪取得的资料将是研究火星岩石如何形成的决定性资料[83]。

自动导航[编辑]

ExoMars火星车的设计可以在火星表面自动导航。一对立体摄影机让火星车可以建立火星表面的3D地形图，其使用的导航程式可以用来判定周围地形让火星车能避开阻碍与找出最有效率的路线[84]。

参见[编辑]

参考资料[编辑]

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外部链接[编辑]

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