文/ 松堂

即將出廠的“希望號(hào)”

7月20日，希望號(hào)火星探測(cè)器由日本的H-2A 火箭從種子島航天中心發(fā)射升空，開(kāi)始了漫長(zhǎng)的火星之旅。“希望號(hào)”在技術(shù)上并無(wú)首創(chuàng)之處，但是出資方兼冠名方卻讓人感慨萬(wàn)千。這是一顆由阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)出資，阿聯(lián)酋航天局“主持”，美國(guó)科羅拉多大學(xué)博爾德分校具體負(fù)責(zé)研制的火星繞飛器。根據(jù)阿聯(lián)酋航天局發(fā)布的消息，“希望號(hào)”的主要任務(wù)，是全面探測(cè)火星大氣，為后續(xù)火星開(kāi)發(fā)提供基本數(shù)據(jù)。

“希望號(hào)”與此前的各類火星繞飛器一樣，攜帶了各種各樣的相機(jī)和傳感器。但特殊之處在于，所有傳感器的名字前面都會(huì)加一個(gè)Emirates，和阿聯(lián)酋航空公司的拼寫(xiě)一樣，意思就是“酋長(zhǎng)國(guó)”，充分體現(xiàn)出這個(gè)海灣產(chǎn)油富國(guó)的做事風(fēng)格。

對(duì)于這樣的一個(gè)型號(hào)，人們往往會(huì)問(wèn):阿聯(lián)酋是不是錢太多了要干這種事？阿聯(lián)酋人自己參加實(shí)際工作嗎?

“希望號(hào)”的由來(lái)

希望號(hào)火星探測(cè)器的阿拉伯語(yǔ)寫(xiě)作Al-Amal，也被稱為“酋長(zhǎng)國(guó)火星任務(wù)”（Emirates Mars Mission）。具體負(fù)責(zé)這項(xiàng)任務(wù)的，是穆罕默德·本·拉希德太空中心，實(shí)際承擔(dān)研制任務(wù)的是美國(guó)科羅拉多大學(xué)博爾德分校，亞利桑那州立大學(xué)和加州大學(xué)伯克利分校研制傳感器。這些探測(cè)器將研究火星上每天和季節(jié)性天氣周期、低層大氣中的天氣事件（如沙塵暴），以及火星不同區(qū)域的天氣變化。它將試圖回答一些科學(xué)問(wèn)題，包括火星大氣中為什么沒(méi)有氫和氧，火星上為什么有如此劇烈的氣候變化。

阿聯(lián)酋官方宣布啟動(dòng)火星探測(cè)項(xiàng)目

阿聯(lián)酋航天局負(fù)責(zé)人視察“希望號(hào)”研制現(xiàn)場(chǎng)

“希望號(hào)”計(jì)劃由阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)總統(tǒng)于2014年7月公布。它的星際轉(zhuǎn)移飛行時(shí)間大約是7～9 個(gè)月。它是西亞及阿拉伯國(guó)家中首個(gè)火星探測(cè)任務(wù)。

為實(shí)施“希望號(hào)”任務(wù)，阿聯(lián)酋副總統(tǒng)兼總理、迪拜統(tǒng)治者謝赫·穆罕默德·本·拉希德·馬克圖姆要求阿聯(lián)酋航天局與穆罕默德·本·拉希德航天中心（MBRSC）簽署協(xié)議，由阿聯(lián)酋航天局出資和監(jiān)督，MBRSC 負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和制造?！跋Ｍ?hào)”產(chǎn)生的任務(wù)數(shù)據(jù)將與全球200 多個(gè)機(jī)構(gòu)自由共享。

“希望號(hào)”的結(jié)構(gòu)和任務(wù)

“希望號(hào)”采用緊湊的立方體構(gòu)型，發(fā)射質(zhì)量約1500 千克（含燃料），本體寬2.37 米、高2.90 米，裝有兩塊900 瓦的太陽(yáng)能電池板，對(duì)地通信的高增益天線口徑為1.5 米?！跋Ｍ?hào)”還配有多種星敏感器，用于星際飛行過(guò)程中的導(dǎo)航。星上裝有6 個(gè)120 牛頓推力器和8 個(gè)5 牛頓的姿態(tài)控制推力器。

根據(jù)軌道設(shè)計(jì)，“希望號(hào)”將飛行6000 萬(wàn)公里。抵達(dá)火星后，它將對(duì)火星大氣層進(jìn)行為期兩年的研究，建立火星大氣的“整體模型”，特別是提供用來(lái)分析火星大氣向外層空間逃逸的數(shù)據(jù)。

測(cè)試中的“希望號(hào)”探測(cè)器

希望號(hào)探測(cè)器攜帶3 臺(tái)科學(xué)儀器：1 臺(tái)高分辨率彩色數(shù)碼相機(jī)；1 臺(tái)紅外光譜儀，用于檢測(cè)火星大氣的溫度、冰、水蒸氣分布；1 臺(tái)紫外光譜儀，將研究大氣層上部，以及進(jìn)入太空的氧和氫的蹤跡。

阿聯(lián)酋航天局還在2019年與印度空間研究組織成立了一個(gè)聯(lián)合工作組。根據(jù)“希望號(hào)”火星任務(wù)小組的說(shuō)法，它將是火星上的“第一顆真正的氣象衛(wèi)星”。任務(wù)團(tuán)隊(duì)分為7 個(gè)小組，包括航天器、后勤、任務(wù)運(yùn)作、項(xiàng)目管理、科學(xué)教育和外聯(lián)、地面站和運(yùn)載火箭。

任務(wù)團(tuán)隊(duì)包括150 名阿聯(lián)酋工程師和200 名美國(guó)合作研究所的工程師和科學(xué)家，項(xiàng)目經(jīng)理、副經(jīng)理都由阿聯(lián)酋官員擔(dān)任。奇怪的是，科羅拉多邦德?tīng)柎髮W(xué)大氣與空間物理實(shí)驗(yàn)室作為承制方對(duì)“希望號(hào)”的有關(guān)事務(wù)卻語(yǔ)焉不詳。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室從建立以來(lái)，從事了大量的空間探測(cè)器研制和運(yùn)行、數(shù)據(jù)處理任務(wù)。“希望號(hào)”在這當(dāng)中不算太突出，而且被放在實(shí)驗(yàn)室主頁(yè)的“工程”欄目下，并沒(méi)有詳細(xì)介紹。

希望號(hào)探測(cè)器還將詳細(xì)研究火星大氣從能夠維持液態(tài)水到如今稀薄到只能以冰或蒸汽形式存在的原因，以及理解火星大氣層上下層之間的聯(lián)系。這些數(shù)據(jù)也將有助于模擬地球大氣層并研究其數(shù)百萬(wàn)年來(lái)的演變。

“希望號(hào)”在科羅拉多大學(xué)大氣和空間物理實(shí)驗(yàn)室總裝，然后運(yùn)到日本發(fā)射。

由于新冠疫情的影響，很多測(cè)試工作無(wú)法像從前的發(fā)射任務(wù)那樣到發(fā)射場(chǎng)去完成，因此所有的關(guān)鍵檢查都是在探測(cè)器啟程前往日本之前完成的。4月初，阿聯(lián)酋航天局的11 名工程師和技術(shù)人員前往日本，隔離兩周后開(kāi)展工作。2020年4月20日，“希望號(hào)”離開(kāi)位于迪拜的穆罕默德·本·拉希德航天中心，用一架安-124 貨機(jī)運(yùn)到日本名古屋，然后在2020年4月24日船運(yùn)到種子島，在一個(gè)有效載荷處理設(shè)施潔凈室內(nèi)完成最終測(cè)試。

“希望號(hào)”攜帶的3 臺(tái)儀器

酋長(zhǎng)國(guó)勘探成像儀（EXI）

阿聯(lián)酋團(tuán)隊(duì)見(jiàn)證“希望號(hào)”出廠

科研人員檢查“希望號(hào)”的相機(jī)

EXI 是一種多波段相機(jī)，使用由6個(gè)離散帶通濾波器組成的選擇輪機(jī)制來(lái)采樣光譜區(qū)域：3 個(gè)紫外波段和3 個(gè)可見(jiàn)光（RGB）波段。EXI 測(cè)量火星大氣中的水、冰、塵埃、氣溶膠和臭氧的性質(zhì)。該儀器由科羅拉多大學(xué)博爾德分校大氣和空間物理實(shí)驗(yàn)室與MBRSC 合作開(kāi)發(fā)。EXI 是一種高分辨率多波段（可見(jiàn)光和紫外線）相機(jī)，安裝在面向火星的探測(cè)器本體外板上。主要的科學(xué)目標(biāo)是估算塵埃、水冰云和臭氧柱的綜合光學(xué)深度，并發(fā)回火星表面的彩色圖像。EXI 是一款1260 萬(wàn)像素的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體成像儀，成像寬高比為4:3（4096x 3072），5.5 微米/像素。系統(tǒng)具有12 位動(dòng)態(tài)范圍。紫外線和可見(jiàn)光成像使用兩個(gè)獨(dú)立的透鏡系統(tǒng)和通道。紫外線系統(tǒng)有一個(gè)48 毫米的f/3.6鏡頭，視場(chǎng)為19.0 x 19.0 度，像素分辨率為23 弧秒。近似地表分辨率在近點(diǎn)為2.3 千米/像素，在遠(yuǎn)點(diǎn)為4.9 千米/像素。這3 個(gè)紫外濾光片波段分別是UV1（205-235 納米）、UV2（245-275納米）和UV3（305-335 納米）。

“希望號(hào)”的熱真空試驗(yàn)

“希望號(hào)”運(yùn)送到日本

準(zhǔn)備測(cè)試太陽(yáng)電池的“希望號(hào)”

酋長(zhǎng)國(guó)火星紅外光譜儀（EMIRS）

EMIRS由亞利桑那州立大學(xué)（ASU）和MBRSC 合作開(kāi)發(fā)，用于探測(cè)大氣中的溫度分布、冰、水蒸氣和塵埃。EMIRS 是一臺(tái)傅里葉變換紅外光譜儀，安裝在面向火星一側(cè)的外板上。EMIRS的科學(xué)目標(biāo)是對(duì)火星大氣中的塵埃和水冰云進(jìn)行特征分析，跟蹤火星水循環(huán)，跟蹤火星大氣的熱狀態(tài)，并確定低層大氣的邊界條件。

FTIR光譜儀配有一個(gè)指向掃描鏡、一個(gè)化學(xué)氣相沉積金剛石分束器和一個(gè)3x3 線陣列探測(cè)器，總質(zhì)量約為13 千克，包裝尺寸為50x30x30 厘米。它需要17 瓦的功率。航天器將以恒定速率旋轉(zhuǎn)，每一次完整的觀測(cè)需要15 到32分鐘，每個(gè)軌道大約進(jìn)行20 次觀測(cè)。根據(jù)海拔高度提供100 千米～300 千米的空間分辨率，每4 秒獲得9 個(gè)干涉圖。

酋長(zhǎng)國(guó)火星紫外光譜儀（EMUS）

EMUS 是一種遠(yuǎn)紫外成像光譜儀，可測(cè)量100～170 納米光譜范圍內(nèi)的輻射，以測(cè)量熱層、氫和氧日冕的全球特征和可變性。設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)由科羅拉多大學(xué)博爾德分校大氣和空間物理實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)。該儀器包括一個(gè)望遠(yuǎn)鏡反射鏡，為羅蘭圓成像光譜儀提供CsI 光電陰極探測(cè)器。該儀器可以探測(cè)100～170 納米的紅外波長(zhǎng)。它有3 個(gè)狹縫設(shè)置，可以提供11 度、0.18 度、0.25 度的視野，光譜分辨率分別為1.3、1.8 和5.0 納米。

和中美的火星任務(wù)相比，“希望號(hào)”的懸念最小、任務(wù)最簡(jiǎn)單，但它對(duì)阿聯(lián)酋甚至整個(gè)阿拉伯世界的意義都非同尋常?？茖W(xué)家們?nèi)绻胍獙?shí)現(xiàn)自己的夢(mèng)想?yún)s又短少銀兩，不妨去游說(shuō)那些錢多得花不完的石油輸出國(guó)，一方得成果、一方得面子，創(chuàng)造一個(gè)雙贏的局面。