在经费拮据的情况下,各国航天局已经放弃把宇航员送到火星的近期计划。但是,火星表面探索的前景绝不是暗淡的。相反地,《火星观测者》航天器今年夏天将开始全球性观测。而且,新的技术、低廉而快速的开发途径,以及有利的国际合作气候,都暗示着不久要增添重要的科学任务。但是,目前各国航天局必须努力协调它们的计划,以便进一步削减成本。

当美国航空航天局提出搁置送人去火星的计划时,美国航天局并没有放弃探索这颗红色行星表面——如果有什么变化的话,那就是尽力转移到高级设备上,要加速实施的项目称为火星环境调查。它的最终目标是,要在跨世纪在火星上建立12个(科学家们希望更多一些)小型自动操作的仪器站,以便研究地质、表面化学组成与化学性质和气象状况。

美国航空航天局将着手制造一个简单的耗资1.75亿美元名叫《火星环境调查开拓者》的航天器,于1996年下半年发射,1997年下半年降落在火星上。

《开拓者》主要用来帮助开发以后在《火星环境调查网络》中使用的技术。而且,它将是第一个显示美国航空航天局新的许诺以实现更快更贱——但风险更大——的任务的行星际航天器。

不过,《火星环境调查开拓者》还将收集重要的科学资料。而且,当1975年以来这第一个美国航天器降落在另一个行星上时,似乎肯定会激起公众的想象力,此着陆器将用无线电发回另一个世界的360°的新图片。

《火星环境调查》航天器只是下一个10年期间驶向火星的一支国际舰队的组成部分。确实,看来不久关于这颗靠得最近的类地行星的科学知识就会真正地急剧增多。

去年9月发射的《火星观测者》航天器正在途中,将在今年8月从火星轨道上对该行星进行687天综合研究,俄罗斯决定改在今年下半年执行一次去火星表面的任务。欧洲航天局、法国、意大利、日本,可能还有其它国家,正在认真考虑对火星科学任务给予重大支持。

不管宇航员是否去火星,该行星都是值得仔细研究的,负责确定《火星环境调查》航天器科研任务的小组领导人、科内尔大学天文学家史蒂文 · 史奎依尼斯(Steven Squyres)说。“火星在许多方面比起其它行星都更像地球,但它也有明显区别,这些差异将是引人注目的”,史金依尼斯说。

除了增加行里通常怎样活动的知识外,新的火星任务将揭开那迷人的线索:该行星一度可能很像地球,并且经历过气候变迁。

虽然《火星环境调查》的仪器不是最适合于寻找火星生命的直接证据,但是它们将要收集的资料可以表明,这些条件是否曾经对生命是有利的。

《火星环境调查》项目由喷气推进实验室领导,这是按“更好,更快,更贱”新原则作出的积极转变。喷气推进实验室接受这个原则,被认为是在已实施的《战略防御倡议》任务的基础上工作,并且被认为是在安排《冥王星快速旁掠》任务。

几十年以来,科学家一直幻想在火星上建立一个全球性仪器网络。美国航空航天局去年夏天决定尽力予以促进,采用阿姆斯研究中心于1990年提出的一种方案,并把这个方案交给喷气推进实验室去执行。这个方案需要10亿美元,并且使用4枚《德尔它2号》7925型运载火箭把16个着陆器送至火星。

喷气推进实验室把着陆器改成一个四面体,其中3个侧面像花瓣一样打开,而且不管其着陆姿态如何都能把科学站摆正。

经费压缩也将给科学家施加巨大压力,因为,目前看来,至少要把着陆器数量减少到12个甚至更少些。

调整一个网络是困难的,因为自动操作的仪器站的理想分布是随着学科而广泛变化的,关于它们的降落情景和表面的化学分析,地质学家喜欢安排6~10个地点,每个地点具有不同的地质结构。从理论上说,气象学家希望从均匀分布在火星全球大约20个地点(最好成组地沿者各条纬线)测量温度,压力,湿度,风速与风向,以及尘埃的数据。

地震学家希望有3个一组的4组自动操作的仪器站,每3个一组的距离大约为100公里,分开来,便于测定激波的速度和方向。

正在探讨的以便节约经费和维持《火星环境调查》科研计划的各种方案包括有:增加更小而且更便宜的微型着陆器以填补科学空白;紧密与《火星网络》(欧洲航天局提出的着陆器网络)相结合;增加俄罗斯的仿照《火星94》飞行器的着陆器;利用意大利的轨道器去中继通讯联络;推迟前期发射,缩短各次飞行时间间隔,以减轻对首批着陆器使用周期要求,而且使用更大的和/或非美国的运载火箭,其中包括俄罗斯《质子》号。

然而,美国航空航天局降低费用而采取的主要手段,就是实施专门适用于工程开发的先驱任务。作为美国航空航天局新的快速的低成本的命名为《发现》的行星任务中的首次任务,《火星开拓者》必须在3年之内研制出来,成本要低于1.5亿美元(不包括发射成本)。美国航空航天局高级技术处已另外拨出2500万美元用于研制《开拓者》的微型越野车。

《火星环境调查》的工程要求正在制定之中。首次直接下降不必环绕火星飞行,《开拓者》必须以20°角度和每秒钟6.3公里速度进入离表面125公里的火星稀薄大气层,比《海盗》号更陡更快。

但是,接地力量要小,不得大于50克,以便降低仪器成本。在没有姿态控制机构情况下,《开拓者》的落地误差仍然要保持在100×25公里椭圆范围内;科学家们坚持要更精确些。

《火星环境调查开拓者》的基本设计要点包括:

降落系统航空整流罩把着陆器的速度从每小时14,000英里减至每小时560英里;降落伞进一步把着陆器的速度从每小时560英里减至每小时78英里,而且能够防止降落伞覆盖在着陆器上;气囊于接地前1秒钟充气,能够吸收每秒35米垂直速度和每秒50米水平速度的能量。

工程/科研仪器加速度计、温度传感器和压力传感器;直观的、宽频带成像系统;α质子x射线频谱仪;可能还有地震仪。

微型越野车根据喷气推进实验室Rocky 4号设计的6轮车子;装有1台德国/美国α质子x射线频谱仪和1架照相机,还可能有1个凿岩机:重7.5千克;60×46×18(高)厘米;长轮距,大扭矩,灵活,能爬上高达15厘米的岩石;每分钟移动1米;利用无线电与鞭状天线,每秒钟转发9600位图片和数据给着陆器;行程200米;太阳电池板加上LiSO2蓄电池;工作7~30天。

通讯设备X频带上行/下行;大的数据速率,脉冲式(每秒700位);17瓦固体放大器;装在机体上低增益天线,双轴高增益天线。

电源光生伏打太阳电池阵(大约100瓦);AgZn蓄电池。

《火星环境调查开拓者》发射质量为400千克,其中5%是燃料,安排200千克做《火星环境调查网络》飞行器。《开拓者》着陆器装在航空整流罩内,直径1.5米,在火星赤道15度范围内太阳能达到最大的一个地点,表面任务将持续30天。

研制强调共用的电子设备,匀称的界面,以及使用喷气推进实验室新的测试台。此外,《火星环境调查》目标在于降低使用成本。

《发现》项目降低成本的途径之一,就是容许更大风险,从而放弃了一些安全余量。例如,如果有一次发射失败,《开拓者》便没有基本备件可用。

“人人都了解,失败是避免不了的”,喷气推进实验室火星高级计划处处长罗杰 · 博尔基(Roger Bourke)说。

天文学家史奎依尼斯预计,《火星环境调查网络》着陆器有10%将失败,最危险的事故是发生在落地时。

跟美国航空航天局其它许多人一样,《火星环境调查》任务设计经理约翰 · 麦克纳米(John McNamee)明白,当局赞同这新的原则的考验将于何时到来。“我们将会看到首次失败时所有对话是何等严重”。

[Aviation Week Space Technology,1993年4月12日]