在7月份，苏联《质子号》运载火箭向火星发射了两个航天器，每个航天器装载24种先进仪器，其中有若干种仪器从未使用过。研究的对象是火星、火星的小卫星《火卫一》（Phobos）、太阳、行星际等离子体，以及遥远的宇宙射线源。这些探测器为有史以来发射的最先进最复杂的仪器舱之一。当它们于1989年初抵达火星作8个月逗留时，它们将稳妥地把苏联推到太阳系探索的领先位置上。

《火卫一》项目不单纯是苏联项目。仪器设计几乎来自东欧各国，还来自澳大利亚、法国、西德、瑞典和瑞士，所有这些国家都将共享返回的数据。由于美国控制着空间研究，在《挑战者》号爆炸之前甚至受到限制，西欧科学家已经转向与苏联大规模合作，这是苏联主动促成的转变。航天器的总体设计具有苏联的特色，尽管有国际参与。“苏联人有能力处理各种载荷的复杂性，把事情办得很成功又很简单，”此项目科学委员会西德成员琼森 · 凯塞尔（Jochen Kissel）说。“这涉及到所有仪器的设计规范”。

此项任务的核心，顾名思义，就是考察《火卫一》本身。这个向内倾斜大约长27公里宽20公里近似于椭圆的岩石块，大小约为火星的另一颗卫星《火卫二》（Deimos）的两倍，至火星的距离为《火卫二》的一半。由于《火卫一》离火星中心只有9400公里，它的旋转周期比火星一天24小时短7小时39分。因此，定时涨落作用力很快削弱《火卫一》角动量，使它的轨道下降。除非人类未来营救它，《火卫一》将在3000 ~ 7000万年之内撞到火星上。

对这个小天体的主要科学兴趣是它的过去，而不是它的未来。大多数天文学家认为，《火卫一》和《火卫二》可能是被火星捕获的小行星。小行星——以及《火卫一》和《火卫二》——都是如此之小，以致可以看作实际上不存在内部动力学，它们被认为是原始物质，估计可以反映早期太阳系的成分。因而，了解《火卫一》的成分，可以导致对行星如何形成有新的认识。

为了确定其成分，第一个《火卫一》探测器将与《火卫一》会合。这将包含作一些大难度的机动动作，因为该卫星自身引力场太弱，没有任何帮助是办不到的。在抵达火星之后，该探测器先过渡到环绕此行星的椭圆形轨道上，接着转到圆形轨道上来。从探测器来的仔细的导航测量将高度精确地跟踪《火卫一》轨道，然后该探测器将到达把它保持在离《火卫一》表面30 ~ 80米空间轨道上。这种首次与一个小天体的非同一轨道会合，将持续15 ~ 20分钟。

航天器上一对新型仪器将探测《火卫一》表面一个长条区域。首先，LIMA-D仪器把1焦耳激光脉冲聚焦成直径为1毫米的光点。这将使薄薄一层物质蒸发，在探测方向上扬起一股百万以上离子，供质谱仪捕获和分析。这种装置利用磁场使离子偏转以测量其质量。激光产生的热将分解表面上任何分子，不过此仪器将提供高度精确的关于该卫星的原子和同位素的混合物的图像。

DION，第二个补充实验，将以高能氪离子去轰击一个宽100米的长条区域，产生甚低能量的离子。第二次的离子将漂浮起来，供质谱仪分析。由于DION比LIMA-D平稳得多，测量将包括表面的分子组成。此处秘诀就是要使探测器上的电荷相对于该卫星保持负的，因为此实验产生的离子只有几个电子伏的动能、

其它较为普通的仪器还将从主探测器上观测《火卫一》。有两个仪器将通过分析在表面之下元素与宇宙射线相互作用而产生的伽马射线与中子来追寻在表面之下深处成分的线索。当射线探测仪测量表面温度作为岩石类型的标记时，射频图像具有1厘米分辨率，最后，雷达探测器将依靠脉冲深入《火卫一》1至几公里来研究其地下构造。

LIMA-D和DION都是有史以来首次使用的空间仪器，设计复杂，因为各种组件来自不同国家。据凯塞尔说，电子设备控制系统由苏联制造，不是困难所在。“主要问题是把质谱仪的千伏电源稳定在1伏范围内”，全部仪器都采用通用的苏联重量规范是有益的，“我们可以使用标准印刷电路板而不是像芯片载体或多层较大存储器那样的超小型零件，使用平稳的继电器而不是晶体管，它使每件东西更便宜更简单”。

但是，与苏联人协调不是那么简单。“与苏联人打交道，你得到要你贯彻的规范，不过经常在设计期间你会发现这些规范没有太大意义，”凯塞尔说道，例如，苏联人规定了调整激光功率使离子化的离子不多于两倍或三倍的程序，这使分析变得复杂了。此种程序是建立在反馈环的基础上，以便在适当范围内能够检测出可观的成分来。

“苏联人忽略了其它变量有可能改变”，凯塞尔补充说。“激光器有一个测距器把激光保持在焦点上，但是，即使有了测距器，你也有可能足够快地落入一个洞中，光束超出焦点，从而偏离了他们的程序。取而代之，我们则提出不同的算法：测量产生的总离子数，并且在离子太多时降低其功率”。

更改规范既费时又麻烦，因为苏联人很相信它们。“在另一种情况下，苏联人过去在测试我们送给他们的某种设备，就会发现电压太低，”凯塞尔回忆说。西德小组提出：苏联电源中变流器输送的电压可能太低，苏联人则答复：变流器必须输送适当的电压，因为变流器规范规定了适当的电压值。“他们非常反对简单地往前简和试验其变流器”。

尽管有种种困难，但是在苏联领导的项目中工作的人员完成了各项事情。按照苏联人惯例，《火卫一》项目从初步设计到发射需要4 ~ 5年时间，这比国家航空航天局类似的可能要花10年以上时间的计划要快得多。“事实上”，凯塞尔说，“我们主要问题之一就是要足够快地得到西方资金。我们要求在申请的一年之内得到它，而西方办事处一般说来不会办得那么快。”

在称为长期天文站的固定式着陆器上的仪器和称为跳跃器的独特设备将补充主探测器的仪器系统。穿透杆把长期天文台固定在《火卫一》上，而且X射线荧光传感器将测量表面的元素成分，特种镜头照相机将观测表面的微观构造，地震仪将绘制此卫星的内部结构。跳跃器将利用一根可移动的杆推动自己在表面上作长距离跳跃，在跳跃间歇时，它的X射线荧光传感器测量磁场和表面成分。

虽然《火卫一》是主要研究对象，但是其它对象也是重要的。火星本身就是一个重要目标。当航天器反复通过此行星黑夜一侧时，涉及红外线、可见光和紫外线范围的频谱仪将通过测量吸收阳光情况来探测火星大气层。希望测量氘对氢的比值，以了解火星散失多少水到空间和在表面下冻土层里仍然有多少水。那些正在寻找的火星上过去或现在的生命踪迹，以及那些正在展望的人类最终移民，都在盼着有大量储水量。其它研究还包括离开火星电离层的脉动无线电波。

另一组仪器将研究在火星附近以及在沿途太阳风中的行星际等离子体，苏联/芬兰/瑞士的ASPERA仪器是迄今为止发射的最先进等离子体仪器之一，将连续扫描等离子体三维流动情况，测量不同种类离子的能量和动量。另一个仪器将测量等离子体波。这些和较小的仪器设备一起，都是为了完成一幅太阳风如何与火星弱磁场相互作用的图像。亦许更为重要的将是详细观看太阳风本身，它以400 ~ 500公里/秒速度吹过整个太阳系，并且支配着整个太阳系的电磁现象。

测绘太阳活动范围是X射线传感器的任务，这将补充从近地轨道的同步观测，以便提供太阳的第一个三维图像。这将允许宇航员详细观看巨太阳耀斑爆炸把大量粒子加速到宇宙射线能量的形成过程。类似的太阳振荡三维图像将扩展对太阳内部结构的认识。

行星际三角测量亦将有助于安排太阳系远外侧伽马射线爆炸，这一爆炸显然起源于遥远恒星或银河系，强烈爆炸使科学家长期迷惑不解，希望在执行《火卫一》任务期间有朝一日解决它。聚集伽马射线是不可能的，这排除了以地球为界的观测者准确安置伽马射线爆炸剂，当需要它们时。然而，《火卫一》探测器将测量每次爆炸的准确时间。在与地球上同时测量情况下，希望三点的三角测量，把爆炸剂定在天空的一个弧秒范围内，以便利用光学和射电望远镜进行识别和研究。

最后，长期天文站将作为稳定的长期平台进行天体力学研究。准确的把距离定在长期天文站的无线电将不仅测定《火卫一》的动力学、起源和最后灭亡，而且还可极其准确地测量它本身基本引力参数，这些包括引力恒量的变化率（若有的话）、广义相对论估算有效性以及像每年长度这样重要的时间标准量。

苏联人原先打算两个探测器都装同样设备——0.5吨科学仪器，但是他们在装配时发现各个组件重量太大。因此，只允许第一个探测器装太阳的X射线望远镜与紫外线望远镜，以及中子频谱仪，第二个探测器装跳跃器和红外线频谱仪。随第一个探测器成功情况而定，第二个探测器可能去《火卫一》，也可能转到《火卫二》。

假定全部都进行得很顺利，苏联探测器将带回大量的丰富多彩的资料。宇宙学家将获得新的引力测量值；深空天文学家将找到伽马射线爆炸刻在何处；太阳和等离子体科学家将得到大量新资料；行星科学家将定量地增进人类对火星及其卫星的了解。像10年前《旅行者》—样，《火卫一》探测器可能加速天文学进程。它们亦将是苏联空间规划的胜利。

（Aerospace America，1988年9月号）