登陆火星的“黑色七分钟”(2)

火星表面着陆方式的选择不仅与航天技术水平有关，也与着陆器或巡视器的质量和工作方式有关。一般而言，质量较轻的巡视器大多采用气囊缓冲方式着陆，包裹的气囊较小，方便火星车顺利驶出并开展科学探测；为避免减速不足导致巡视器及其载荷受损，质量较重的巡视器则不宜采用气囊缓冲，应采用着陆支架缓冲方式吸收着陆冲击，这种着陆方式在探月工程“嫦娥三号”任务研制中已有成功经验。对于更重的探测器，则需要采用反推火箭减速的空中吊车着陆方式，可以最大程度减少着陆冲击，但该技术对测控、数据传输和自动控制等技术要求较高，难度较大。

“火星生命”计划

为了让大家更容易地理解火星着陆的关键技术，我们选择刚刚完成论证工作，并启动实施的欧洲“火星生命”计划作为典型案例，详细分析火星着陆的技术难点。

欧洲“火星生命”计划（Exobiology on Mars）的全称为“火星上的太空生物学”计划，包括2016年和2018年两次发射任务。该计划预算约16亿美元，目的是探测甲烷等微量气体的生物学证据、研究火星上的生物进化或地质演变过程、搜寻火星生命信号。除此之外，该计划还要试验火星表面着陆关键技术，对火星表面环境进行勘察，为后续火星探测任务奠定基础。

“火星生命”计划最初由欧洲空间局和美国国家航空航天局（NASA）合作开展，由于经费限制，NASA于2012年退出该计划。2013年初，俄罗斯航天局代替NASA成为该计划的合作伙伴。

俄罗斯航天局负责研发“火星生命”计划2018任务的下降模块和着陆平台，并为两次任务提供“质子”系列的运载火箭。除此，双方将合作研制科学仪器，共同开展火星表面的科学探索。

2013年6月17日，欧洲空间局与火星探测器制造商阿莱尼亚太空公司签署了“火星生命”计划2016任务（以下简称2016火星任务）的正式研发合同，该计划探测器进入最终研制阶段。

火星生命计划预计2016年1月第一次发射，经过9个月的巡航飞行，于当年10月到达火星。

该任务由两个探测器组成，一个为“痕量气体轨道器”（TGO，以下简称轨道器），另一个为“大气进入、减速和着陆验证器”（EDM，以下简称着陆验证器）。其中，轨道器主要探测火星大气中的微量气体；着陆验证器主要用于火星表面着陆试验，为2018年的火星着陆任务做验证，同时为未来其它火星任务积累经验。

2016火星任务主要包括三大科学目标：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。

另外，通过2016火星任务的实施，“火星生命”计划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2016火星任务之后，欧洲还将实施“火星生命”计划2018任务，发射一辆火星车，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。

1、2016火星任务的轨道器

2016火星任务中的轨道器由欧空局负责研发，将搜寻火星大气层中的甲烷和其他痕量气体（体积浓度<1%），这些气体是说明火星现在存在生物或曾经存在生物的标志物。

轨道器的轨道高度约在400千米，搭载的科学仪器主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。

已有探测结果表明，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。由于甲烷在地质历史中难以长期存在，所以，探测到甲烷预示着火星可能至今仍在产生甲烷。不过，尽管生物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于生物过程还是化学反应。