火星气候探测器

火星探测器

火星气候探测器（Mars Climate Orbiter）是美国国家航空航天局的火星探测轨道器，也是火星探测98计划的一部份（火星极地着陆者号为另一个探测火星的任务），于1998年12月11日发射升空。天文学家计划利用火星气候探测者号来研究火星大气层、火星气候及火星地表，并帮助火星极地着陆者号与地球来通讯。

设计

火星气候探测器高2.3米，宽1.65米，太阳能电池板长5.5米，质量629千克。火星气候轨道器上携带1台相机和1台辐射计，前者可以用广角相机拍摄火星大气及表面每天的整体图像，用中角相机监视火星表面的变化；后者可测定火星大气温度、压力、尘埃、水蒸气分布和二氧化碳的变化情况。它还将为随后踏上火星的极地登陆火星探测器承担通信中转工作。

探测器的内部结构主要是由石墨复合材料/铝制的蜂窝结构所组成，是根据许多商业飞机的设计来建造。除了科学仪器，电池及主发动机、燃料是探测器上最重要的系统。

探测器包括一个1.3米的高增益天线在X波段与深空网络进行联系。火星气候探测者号使用卡西尼－惠更斯号的无线电回复器来节省成本。它还配备一个双向的UHF 无线电频率系统，预计火星极地着陆者号于1999年12月3日登陆火星后，与地球来通讯。

火星气候探测者号总成本是3亿2,760万美元（包含轨道卫星及着陆卫星），花费1亿9,310万美元来研发，花费9170万美元来发射，花费4,280万美元来进行探测任务。

背景介绍

火星气候探测者号的行星际轨道：

美国国家航空航天局在火星观察者号任务失败后，因为未来国际太空站建造成本上升，所以开始寻找更便宜，更小型的解决方案来进行星际探测任务。小型太空探测器技术专案小组在1994年成立，目的是替未来的微型探测器来制定指导方针。该小组确定微型太空探测器重量应在1.000公斤以下，并配备高度集中的仪器面板。一个新的火星探测计划在1995年开始，任务的设计方面包括目标应受到限制、成本低廉、可以频繁发射等特征。新探测方案中的第一个探测任务是1996年发射的火星全球勘测者探测器，它用来绘制火星地图，并使用火星观察者号搭载的设备来获得地质数据。在火星全球勘测者号升空后，火星气候探测器搭载两台仪器准备前往火星，其中一个原本用在火星观察者号上面，用来研究火星气候和天气。

火星气候探测者号主要的科学目标：

确定火星水资源的分布

监测每天的天气与大气层情形

记录火星表面由于风电及其他大气影响所产生的变化

确定大气层的温度曲线

监察大气层中水蒸汽及粉尘的含量

寻找过去气候变化的证据。

执行探测任务

发射

火星气候探测器在1998年12月11日UTC18点45分51秒于佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地17号航天发射复合体发射，运载火箭为德尔塔II 7425。发射42分钟后，火星气候探测者号顺利进入霍曼转移轨道。火箭最后的相对速度为每秒5.5公里，并将探测器送往6亿6900万公里外的目标，朝向火星前进。火星气候探测者号在发射时包括推进剂总共重638公斤（1,418磅）。

接近火星

原定首先进入160千米×39000千米、周期29小时的捕获轨道，随后用44天时间借助火星上层大气阻力的作用把轨道高度降低到90千米×405千米，最后再利用星上推力器进入高405千米的近圆测绘轨道。但在9月23日火星气候探测器到达距火星表面150千米处，并开始减速准备进入预定轨道时突然与地面控制中心失去联系。20分钟后，探测器应由火星背向地面的一面转出，却仍无信息传回。

火星气候探测者号在1999年9月23日UTC9点00分46秒开始插入火星轨道，火星气候探测者号的无线电在UTC9时04分52秒（比预期还要早49秒）终止联络，当时探测器已经进入火星的另一侧，但是它与地球通讯从未重新建立。探测器由于人为错误，导致探测器在低于预期的高度接近火星，最终因为大气层的压力来解体。后来的火星侦察轨道器才完成火星气候探测者号的预期目标。

失败原因

1999年11月10日，火星气候轨道器事故调查委员会发布了第一阶段报告，详细介绍可能导致探测器发生事故的问题。在此之前，天文学家在1999年9月8日完成弹道修正机动-4的计算，随后在1999年9月15日执行。它的目的是让探测器调整至最佳位置以进入火星轨道，将使火星气候探测者号环绕火星的高度在1999年9月23日降为226公里。然而，在TCM-4及进入轨道的一个礼拜间，导航团队认为探测器的高度有可能比预期的还要低得多，大约位于150至170公里。探测器在进入火星轨道前24小时时，科学家计算显示环绕火星轨道的高度为110公里，而火星气候探测者号能够存活的最低高度为80公里。科学家发现火星气候探测者号最后的高度只有57公里，很有可能因为大气压力导致探测器瓦解。

火星气候探测者号任务失败的主要原因是人为因素，因为火星气候探测者号上的飞行系统软件使用英制单位磅力计算推进器动力，而地面人员输入的方向校正量和推进器参数则使用公制单位牛顿，导致探测器进入大气层的高度有误，最终瓦解碎裂。NASA在此后的所有任务中小心地避免这个因计量单位混淆所造成的错误。

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