火星探測(cè)器為何失敗率高 _火星

2011年11月9日，我國(guó)第一架火星探測(cè)器“螢火一號(hào)”在哈薩克斯坦境內(nèi)的拜科努爾發(fā)射場(chǎng)由俄羅斯火箭“天頂－2SB”發(fā)射升空。
最重的太空垃圾將于三個(gè)月內(nèi)墜回地球
每一次失敗的火星任務(wù)背后都有具體的原因。搭載“螢火一號(hào)”的俄羅斯火星探測(cè)器出現(xiàn)故障的確切原因目前仍然未知。
最重的太空垃圾
在地球通往火星的路上住著一個(gè)妖怪，它通身綠色，帶著一些黑色斑點(diǎn)，臉是粉紅的，有一張血盆大口。美國(guó)的航天工程師們把這個(gè)妖怪叫做“銀河系食尸鬼”（Great Galactic Ghoul）。
從1960年代開始，他們就“發(fā)現(xiàn)”了這個(gè)妖怪的存在，因?yàn)樗麄儼l(fā)射到火星去的探測(cè)器常常莫名其妙就不見(jiàn)了。就像四百多年前的航海地圖上會(huì)在危險(xiǎn)海域標(biāo)注“這里有龍”一樣，航天工程師們?cè)谌蝿?wù)失敗時(shí)會(huì)用“銀河系食尸鬼又把探測(cè)器給吃掉了”這樣的戲謔來(lái)平衡失落的情緒。
中國(guó)的火星探測(cè)器在2011年第一次遇到了“銀河系食尸鬼” 。11月9日，我國(guó)第一架火星探測(cè)器“螢火一號(hào)”在哈薩克斯坦境內(nèi)的拜科努爾發(fā)射場(chǎng)由俄羅斯火箭“天頂－2SB”發(fā)射升空。“螢火一號(hào)”搭載于一架叫作“火衛(wèi)一-土壤”的探測(cè)器上，計(jì)劃中后者要去火星的一顆衛(wèi)星上采集土壤樣本，順便把“螢火一號(hào)”釋放到火星軌道上去。
據(jù)“螢火一號(hào)”工程應(yīng)用首席科學(xué)家吳季在發(fā)射之前的說(shuō)法，對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō) ，在還沒(méi)有建立起真正的深空測(cè)控網(wǎng)之前，借用俄羅斯的探測(cè)器一同飛往火星，并開展聯(lián)合探測(cè)，可將我國(guó)科學(xué)家利用自主的探測(cè)數(shù)據(jù)、深入開展對(duì)火星研究的時(shí)間提前。
然而，俄羅斯的火箭升空之后，“火衛(wèi)一-土壤”號(hào)探測(cè)器點(diǎn)火失敗，導(dǎo)致它連同“螢火一號(hào)”未能進(jìn)入通往火星的軌道，而是滯留在了地球軌道上。俄羅斯試圖在探測(cè)器的電池耗盡之前重設(shè)其電腦程序，讓它回到正軌，但幾天里的數(shù)次努力均告失敗。
這架探測(cè)器有將近15噸重，它攜帶了7噸有毒燃料。“號(hào)稱史上最重的行星際探測(cè)器，可能會(huì)成為史上失控墜回地球的最重的太空垃圾。”曾在美國(guó)宇航局（NASA）約翰遜航天中心工作了22年的軌道設(shè)計(jì)師詹姆斯·奧伯格（James Oberg）評(píng)論說(shuō) 。
這樣的一架探測(cè)器一旦墜回地球，是否可能構(gòu)成安全威脅？曾有報(bào)道稱“火衛(wèi)一-土壤”上載的有毒燃料在墜入地球時(shí)可能無(wú)法完全燃燒，最終造成污染。俄聯(lián)邦航天局負(fù)責(zé)人弗拉基米爾·波波夫金則表示，如果航天器墜落，不會(huì)對(duì)地球造成任何傷害，它將在進(jìn)入密度較大的大氣層時(shí)爆炸并燃燒殆盡。
但奧伯格并不認(rèn)同波波夫金的辯解。“當(dāng)然有可能（傷害人群），俄羅斯知道這一點(diǎn)，盡管它的官方人員仍在否認(rèn) 。”他對(duì)南方周末采訪人員說(shuō)，“你看，作為一項(xiàng)長(zhǎng)期政策，俄羅斯深思熟慮地操縱它所有的廢棄太空交通工具墜入無(wú)人的南太平洋。假如他們認(rèn)為沒(méi)有危險(xiǎn)，干嘛不讓它們墜回俄羅斯呢？”
據(jù)報(bào)道，以現(xiàn)在探測(cè)器的下落速度估計(jì)，它可能會(huì)在12月末至明年1月期間掉落回來(lái) 。“從概率上來(lái)講，危險(xiǎn)是比較小的，但對(duì)于概率并不比此還要大的（車禍），我們都會(huì)在坐車時(shí)系上安全帶。”奧伯格繼續(xù)說(shuō) 。
食尸鬼的胃口
迄今為止，中國(guó)的太空探測(cè)器所到達(dá)過(guò)的最遠(yuǎn)位置，是日-地系統(tǒng)的“拉格朗日點(diǎn)”的2號(hào)位置。拉格朗日點(diǎn)是天體力學(xué)中的一個(gè)概念，指的是在兩個(gè)天體環(huán)繞運(yùn)行的情況下，在空間放入第三個(gè)天體，使其與二者相對(duì)靜止。這樣的點(diǎn)一共有五個(gè) 。中國(guó)的“嫦娥2號(hào)”在今年8月到達(dá)了其中一個(gè)點(diǎn) 。
拉格朗日點(diǎn)2號(hào)位置到地球的距離大約相當(dāng)于地月距離的四倍，也就是大約150萬(wàn)公里。與此相比，火星至少遠(yuǎn)在5500公里以外的太空。
自1960年10月蘇聯(lián)發(fā)射第一批火星探測(cè)器以來(lái) ，蘇聯(lián)和俄羅斯、美國(guó)、歐洲、日本共進(jìn)行過(guò)41次發(fā)射，其中失敗的占到了半數(shù)以上。所有的任務(wù)中包括了13次著陸任務(wù)，其中只有7架探測(cè)器在著陸后成功發(fā)回信號(hào) 。美國(guó)宇航局在所有的火星探測(cè)活動(dòng)中成功率最高，達(dá)到了65% 。其發(fā)射的7架著陸探測(cè)器中有6架獲得了成功。
如此之低的成功率，尤其是在1960和1970年代失敗多于成功的情況下，工程師們才創(chuàng)造出了“銀河系食尸鬼”這個(gè)怪獸。1960年代，當(dāng)時(shí)的美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室主任約翰·卡斯尼（John Casani）作了一幅畫，畫出了一個(gè)在火星附近專吃探測(cè)器的生物。
【火星探測(cè)器為何失敗率高】當(dāng)然，銀河系食尸鬼在現(xiàn)實(shí)中是不存在的。火星在那樣一個(gè)遙遠(yuǎn)的距離上，帶來(lái)的問(wèn)題首先是通訊上的困難。通訊信號(hào)的強(qiáng)度是與距離的平方成反比的。其次，飛往火星的時(shí)間要比去月球長(zhǎng)得多，是以“月”而非“日”來(lái)計(jì)的。隨著探測(cè)器深入越來(lái)越寒冷的太空，到達(dá)火星時(shí)陽(yáng)光的強(qiáng)度只有地球的一半，因而需要更多的太陽(yáng)能板。
“火星探測(cè)并非因超自然的危險(xiǎn)而困難，它只是因?yàn)槿祟惖氖韬龊汪斆Фщy 。”奧伯格說(shuō)，“莎士比亞曾寫到：‘布魯斯，是我們的錯(cuò)，不怨星星……’對(duì)于我們的行星目標(biāo)來(lái)說(shuō)也是如此。”
每一次失敗的火星任務(wù)背后都有具體的原因。1990年代，美國(guó)宇航局先后失去了兩架火星探測(cè)器，分別是1993年的火星觀察者號(hào)探測(cè)器和1999年的火星氣候軌道探測(cè)器。對(duì)于火星觀察者號(hào)的失敗，美國(guó)宇航局在其網(wǎng)站上寫道：“該任務(wù)在1993年8月22日以令人失望的結(jié)果告終，探測(cè)器在即將進(jìn)入火星軌道前失蹤。”對(duì)于火星氣候軌道探測(cè)器的說(shuō)法是，“工程師們總結(jié) ，探測(cè)器進(jìn)入火星大氣層時(shí)飛得太低了，可能導(dǎo)致燒毀。”
然而，進(jìn)一步考察會(huì)發(fā)現(xiàn) ，火星氣候軌道探測(cè)器之所以會(huì)進(jìn)入得太低，乃是因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員將公制和英制單位搞混了。但是在奧伯格看來(lái)，這個(gè)原因也只是找了幾個(gè)替罪羊而已，“這個(gè)失誤之所以能把整個(gè)任務(wù)搞砸，問(wèn)題并不直接出在那個(gè)層面上” 。由于當(dāng)時(shí)的任務(wù)被定性為“更快，更好，更廉價(jià)”方針的代表作，常規(guī)的“二次確認(rèn)”被省略了；當(dāng)有人發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí) ，他們得到的回答是“你們得證明我們偏離軌道了”，而此時(shí)探測(cè)器還尚未偏離。“對(duì)于太空安全，正確的措施應(yīng)該是，假設(shè)一個(gè)威脅是存在的，除非你能證明它不存在，然后再進(jìn)行下一步。”奧伯格評(píng)論說(shuō)，“不確定性被用作了放棄確認(rèn)的借口。”
至于火星觀察者號(hào) ，它之所以會(huì)失蹤，是因?yàn)樗Ｖ沽藷o(wú)線電發(fā)射。而無(wú)線電之所以會(huì)中斷，則可能是它的燃料出現(xiàn)了泄漏，導(dǎo)致爆炸造成的。而燃料泄漏的原因，跟美國(guó)宇航員為了省錢，將一個(gè)地球衛(wèi)星的硬件改造后使用有關(guān) 。這種硬件原本只是用于飛行6個(gè)小時(shí)到地球同步軌道上去，而現(xiàn)在被用于長(zhǎng)達(dá)一年的行星際飛行。
對(duì)于這些“真正”的原因，美國(guó)宇航局一度避而不談，這讓奧伯格在一篇文章中寫道：“納稅人為這些教訓(xùn)買了單，美國(guó)宇航局需要更公開、更徹底地分享它們。”
但他也高興地看到，美國(guó)2005年發(fā)射的火星偵察軌道器的團(tuán)隊(duì)吸取了以上兩次失敗任務(wù)的教訓(xùn) ，讓這次任務(wù)變得非常成功，探測(cè)器直到今天仍在運(yùn)行。它最近發(fā)現(xiàn)了火星上曾經(jīng)有水流的新證據(jù) 。
最重要的一課
“火衛(wèi)一-土壤”號(hào)探測(cè)器發(fā)射出現(xiàn)復(fù)雜狀況之后，“螢火一號(hào)”的命運(yùn)令中國(guó)人十分牽掛。但是與國(guó)內(nèi)大量的報(bào)道相比，俄羅斯本國(guó)媒體的報(bào)道并不多。南方周末采訪人員查詢俄塔社及俄羅斯聯(lián)邦航天局網(wǎng)站發(fā)現(xiàn) ，相關(guān)報(bào)道十分有限，也缺乏細(xì)節(jié) 。
據(jù)俄塔社報(bào)道，在“火衛(wèi)一-土壤”出現(xiàn)異常情況之后，俄聯(lián)邦航天局負(fù)責(zé)人波波夫金表示，“火衛(wèi)一-土壤”將繼續(xù)在軌道上運(yùn)行至明年1月，因此，俄羅斯仍然有機(jī)會(huì)對(duì)其進(jìn)行復(fù)蘇搶救工作。但他同時(shí)也表示，對(duì)“火衛(wèi)一-土壤”的“重癥監(jiān)護(hù)”最長(zhǎng)只能進(jìn)行至12月初。
“航天器的所有系統(tǒng)運(yùn)作正常”，但“我們與航天器的每次對(duì)話只能維持7分鐘”，“機(jī)會(huì)是存在的，可我們不能通過(guò)遙測(cè)得知到底發(fā)生了什么”，波波夫金說(shuō) 。他同時(shí)還否認(rèn)了外界關(guān)于航天器設(shè)計(jì)存在缺陷的猜測(cè)，“這樣的說(shuō)法是完全不正確的！”
據(jù)國(guó)際宇航科學(xué)院院士朱毅麟分析，故障的出現(xiàn)有兩種可能性。一種可能性來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)本身，即探測(cè)器接收到了點(diǎn)火信號(hào)，但是發(fā)動(dòng)機(jī)因本身故障無(wú)法點(diǎn)火。另一種可能是，探測(cè)器根本沒(méi)有接收到點(diǎn)火信號(hào)，這可能是探測(cè)器上的電源或控制系統(tǒng)的功能缺失，也可能是地面遙控指令上傳但無(wú)法被接收等原因造成的。“從現(xiàn)在俄羅斯方面發(fā)布的消息來(lái)看，還沒(méi)有找到確切的原因。”他說(shuō) 。
“令人遺憾，迄今為止這次事故帶給我們的最重要一課就是，俄羅斯以前在開放和坦率的態(tài)度中從國(guó)際合作伙伴那里贏得的信任，現(xiàn)在已經(jīng)喪失掉了。”奧伯格尖銳地指出，“他們深思熟慮的原則把所有人都蒙在鼓里，無(wú)法得知存在的問(wèn)題和可能的對(duì)策。”
“第二個(gè)教訓(xùn)，是俄羅斯官員至今沒(méi)有懂得的，即一個(gè)國(guó)家發(fā)展大型航天項(xiàng)目，靠糟糕的薪水和威脅出錯(cuò)了投進(jìn)監(jiān)獄是做不到的。”奧伯格繼續(xù)說(shuō) 。
奧伯格認(rèn)為，中國(guó)已經(jīng)懂得這些道理， “它從其他國(guó)家那里學(xué)習(xí)到了那些國(guó)家自己都沒(méi)有學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)” 。“（中國(guó)）已經(jīng)創(chuàng)造出了一代具有奉獻(xiàn)精神的、頂級(jí)質(zhì)量的太空工作者，太陽(yáng)系已經(jīng)在他們腳下。”奧伯格說(shuō)，“中國(guó)的坦率和大多數(shù)情況下的公開政策已經(jīng)贏得了潛在合作者的信任。”

南方周末黃永明（王寅、李娜對(duì)本文有貢獻(xiàn)）