ExoMars

title: 历史.
content: 自开始以来,火星探测计划已经通过几个阶段的规划,包括登陆器、轨道器、运载火箭、和国际合作等规划和各种建议,像是美国已撤销的2009火星探测联合任务(Mars Exploration Joint Initiative,MEJI)。 原本,火星探测计划的概念包括大的机器人探测器,以ESA的曙光计划做为旗舰任务的一部分,这是欧洲航天局的部长在2005年12月批准的。最初设想有一辆漫游车和固定的地面站,火星探测计划于2011年使用苏联的质子运载火箭Fregat承载发射。  在2007年,以加拿大为基地的科技公司,麦克唐纳德和联合有限公司(MacDonald Dettwiler and Associates Ltd.,MDA)被选为与英国的EADS Astrium合作,以一亿欧元的合约设计和制造欧洲航天局的火星漫游车底盘。Astrium还签下了设计漫游车的最终合同。  在2009年7月,美国国家航空暨太空总署和欧洲航天局签署了火星探测联合任务,提出了使用阿特拉斯火箭发射,而不是使用联盟号火箭,显著的改善了火星探测计划的技术和财政。在6月19日,当漫游车仍计划由火星微量气体任务卫星背负时,据报导,未来的协议将会使火星探测计划失去足够的重量,以适合由阿特拉斯火箭发射或搭乘NASA的航天飞机。  然后,这项任务与其它多个专案结合,将由两架阿特拉斯 V火箭发射:火星微量气体任务卫星(TGO)被合并到这个计划中,携带固定不动的地面气象登陆器于2016年1月发射。它还提议包括第二辆漫游车,火星天体生物学发现-收集者(MAX-C)。  在2009年8月,宣布了俄罗斯联邦航天局和欧洲航天局签署了一项合约,其中包括在两个火星探测专案上的合作:俄罗斯的福布斯-土壤和欧洲航天局的火星探测计划(ExoMars)。具体来说,欧洲航天局获得俄罗斯的质子运载火箭做为火星探测计划漫游车的一个"备用发射器",其中也包含了一些俄罗斯制造的零件。  在2009年12月17日,ESA当局正式批准了与NASA合作,分成两部分的火星探测计划。承诺在2016年和2018年执行的计划预算确定为8亿5千万欧元(12亿3千万美元)。  在2011年4月,由于预算危机,提案取消伴随的火星天体生物学发现-收集者漫游车,因而在2018年将只有一辆漫游车与大型飞行器的概念。一项建议是新的漫游车将在欧洲建造,和携带欧洲和美国的仪器。NASA将提供运载火箭将之送往火星,并且提供如同空中吊车着陆系统。尽管建议重新组合,但2018年的任务机会目标大致没有改变。  奥巴马总统公布了2013年的预算,由于詹姆斯·韦伯太空望远镜的支出成本超出了预算,NASA因此削减预算,终止参与火星探测计划。由于NASA完全退出了这个计划,不再挹注的资金,这个计划不得不大幅度的重组。  在2013年3月14日,欧洲航天局和俄罗斯联邦航天局签署一项协定,俄罗斯成为全面合作的伙伴。俄罗斯联邦航天局将提供两次任务的质子运载火箭和最上一节的Briz-M与发射的服务,以及其它漫游车在2018年任务进入、下降和着陆模组 Under the agreement, Roscosmos was granted three asking conditions:。
title: 当时的状况.
content: 尽管2016年的阶段看起来是安全的,但在2016年1月宣布,当前的财务状况可能会使2018年的任务要延迟2年。意大利对火星探测计划的贡献最大,英国是任务的第二大的金融靠山。俄罗斯的火星探测计划融资可以由福布斯-土壤损失的保险支付部分,大约是12亿卢布(4070万美金),和重新分配与调整用于Mars-NET和火星探测计划的资金。在2013年1月25日,俄罗斯联邦航天局支付了火星微量气体任务卫星(TGO)第一次飞行的全部科学仪器发展费用。  到目前为止,最初欧洲航天局已经挹注火星探测计划10亿欧元(13亿美金),但是NASA的撤出和合资企业的重组,随后可能将添加数亿欧元的支出,所以在2012年3月,该机构会员国的行政部门已经指示,看看要如何才可以弭补此一不足。一个可能是欧洲航天局的其他科学活动稍微退让一下,使火星探测计划获得优先。在2012年9月,欧洲航天局宣布它的新成员,波兰和罗马尼亚,将贡献7000万欧元资助火星探测计划。尽管是在一个相对次要的角色,欧洲航天局并没有排除NASA重回2018火星探测计划的可能性 。  截至2014年3月,主导火星探测计划漫游车制造的空中客车防务及航太公司英国分公司,已经开始采购关键的零件。2018漫游车一亿欧元(1.38亿美金)的资金仍然短少,由加拿大航天局支付的车轮和悬吊系统现在已经开始在加拿大的MDA制造。  在过去几年中,经历了一系列的灾难之后,在2015年质子M型运载火箭发射了100架次,有10次的失败,因此有些人关注两次火星探测计划都由质子运载火箭发射的可靠性。
title: 2016火星微量气体任务卫星的发射.
content: 火星微量气体任务卫星(TGO)在2016年3月14日发射(从08:30GMT直播)。10小时后,第四节火箭点燃,将人造卫星的轨道器和下降模组释放。在同一天的21:29GMT,接收到来自人造卫星的讯号,证实发射完全成功,在前往火星路途上的太空船整体都处于良好的状态,预计在2016年10月19日登陆火星。
title: 任务目标.
content: 科学的目标依优先级如下:  发展的技术目标是:
title: 任务架构.
content: 在目前的计划中,ExoMars将由三个或四个探测器构成,并由两座火箭在佛罗里达州发射:
title: 2016年发射计划.
title: 火星微量气体任务.
content: 火星微量气体任务(Mars Trace Gas Mission, TGM)卫星预定在2016年1月发射,将搭载1台ExoMars固定式登陆气象测站,并将绘制出火星甲烷和其他气体来源地图,以协助选择2018年发射的ExoMars火星车登陆地点。火星大气层出现甲烷激起许多人的兴趣,因为这可能是火星至今仍有生物活动或地质活动的证据。火星车于2018/2019年到达后,卫星将改用低轨道,并增加资料传输中继卫星的用途。该卫星也许可以进行延伸任务至2020年代。  2016年3月14日,欧洲太空总署与俄罗斯联邦航天局合作研发的火星微量气体卫星成功发射,该卫星将分析火星大气层,并将运载斯基亚帕雷利演示登陆器至火星进行登陆。
title: 固定式登陆测站.
content: 最初计划中的固定测站是会使用11个仪器组成的「洪堡酬载」(Humboldt payload)以进行火星内部深处的地球物理调查,但在2009年第1季的复审后被要求向下修正,因此洪堡地球物理组件全数遭到取消。虽然目前和NASA合作并通过新的酬载复审,决定将使用两座火箭发射所有系统元件;但覆审中决定先发射使用ESA技术的降落与登录系统技术登陆测站,使酬载量将受到明显限制。  控制进场、下降和着陆示范模组将使欧洲国家拥有在火星表面降落时进行可控制定向着陆与接地速度的技术。进入火星大气层之后该模组的杜卜勒雷达高度计和惯性测量单元会使模组展开降落伞和启动一连串的定向、导航与控制系统以完成登陆。之后该系统将以on-off模式启动多个推进器控制阀使液压推进系统进行半软式的着陆。  该登陆测站被预期将在火星表面以电池的多余电力使用短时间(约8个火星太阳日)。预定登陆地点是子午线高原(Meridiani Planum),因为当地地形相当平坦,并无许多岩石,是使用气囊系统进行登陆的理想地点。
title: 2020年发射计划.
content: 目前的计划建议使用NASA开发的太空吊车控制进场、下降和着陆系统(Entry, descent and landing, EDL)以将2台火星车一起送到火星表面。  如果有2台火星车在火星表面同一地点,将可在科学研究与仪器上进行互补,以减少资源重复。在同一地点操作两台火星车的优点如后:两台火星车互相拍摄、类似地质探测目标交叉分析、可能包含MAX-C火星车上的低频透地雷达和接收ExoMars上的WISDOM透地雷达以建立火星车之间地下构造图、MAX-C也许可以从ExoMars取得和收集最有科学研究价值的地下土壤样本。
title: ExoMars探测车.
content: ExoMars火星车是一台六轮高自动化的越野车,重量约270公斤,比NASA的精神号和机会号火星探测漫游者重约100公斤。暂定计划考虑将重量降低至207公斤。酬载仪器将包含一个10公斤的「巴斯德酬载」(Pasteur Payload)和一个2公斤的钻孔机。  ExoMars的运送模组将在太空吊车登陆系统能够以高准确度进行软着陆后,以双曲线轨道传送降落模组到火星。当安全登陆火星表面后,火星车将以太阳能进行为期180个火星太阳日(6个月)的任务。为了解决因为通讯延迟造成的遥控上的困难,EoxMars将使用视觉地形导航的自动控制程序,该系统从安装在柱子顶端的全景摄影机和红外线摄影机取得压缩的立体影像,并有独立维持功能。该系统可以从一对导航用的立体相机建立数码地读,并可自动找寻路线。避免近迫碰撞的摄影机系统则是用来确保火星车的安全,可使火星车每日行进约100米。在登陆艇被释放以及登陆火星表面以后,火星微量气体任务卫星将作为火星车的通讯中继卫星。
title: MAX-C探测车.
content: 在目前的计划中,ExoMars将和另一个较轻的NASA火星车,火星天体生物学发现-收集者(Mars Astrobiology Explorer-Cacher, MAX-C)一起发射。这将是首次有两台火星车在火星同一个地点探测,以互为补充。例如两台火星车可组成双基式雷达(bistatic radar)。MAX-C火星车将收集、分析以及储存最有研究价值的资料以作为未来将样本取回地球之用。
title: 发射载具.
content: 在与NASA的合作案中,NASA将提供两座Atlas V火箭,分摊ExoMars系统的重量。  ESA和俄罗斯联邦航天局已经有ExoMars的合作协议,包含备用的发射载具和提供酬载仪器做为任务的支持。备用的发射载具是质子号运载火箭;这是一款四级的火箭,曾用来发射礼炮6号、礼炮7号、和平号太空站和国际太空站的部分组件。
title: 登陆系统和候选登陆地点.
content: 如果该计划将与NASA合作,将会使用配合火星科学实验室开发的天空吊车进行登陆。 在2007年11月,可能的登陆地点如下:  2009年时在火星表面发现了甲烷的来源,而这些区域成为相当值得探索的地点。甲烷在火星出现激起了许多人的兴趣,因为这可能来自火星表面的生物或地质活动;且不论原因为何都是相当重要的发现。甲烷是在广泛分布的热柱区出现,这表示甲烷在分散的区域中被释放。资料显示可能有两个区域是火星甲烷的来源:第一个是中心靠近30° N, 260° W的区域;第二个则靠近0°, 310° W。为了选择最佳的登陆地点和可靠的通讯,现已决定将火星微量气体任务在2016年发射,以事先将甲烷的季节产生量绘制成分布图。探测车即可探测卫星判定的甲烷来源区。
title: ExoMars探测车仪器.
content: 火星现在的环境对于生物在表面繁殖是相当不利的:火星表面太过于干冷,且表面暴露于强烈的紫外线和宇宙射线。尽管有这些险恶条件,低阶的微生物仍可能生存于被保护的地表下或者是岩石缝隙甚至岩石内。ExoMars将使用多种科学仪器进行环境生物物理、火星过去与现在的适居性和可能的火星表面生物特征研究。ExoMars首次的科学仪器提案(2004年)如下:
title: 摄影系统.
content: ExoMars上的全景摄影系统(Panoramic Camera System, PanCam)是用来合成数码地形图作为火星车导航与显示火星岩石表面可能的古生物活动造成的地质特征。该系统有两台广角摄影继拍摄多光谱立体全景影像,以及一台高分辨率摄影机拍摄高解析彩色影像。PanCam也可拍摄难以到达区域的高分辨率影像的方式支援其他仪器的科学量测;例如撞击坑或岩壁。另外,也可以协助进行太空生物学研究最佳地点的选择。
title: 钻孔机.
content: ExoMars上的钻孔机可以取得最深2米的土壤样本,可适用于各种土壤。钻孔机可取得土壤或岩石的岩心样本(约直径1公分,长度3公分大小)并将样本带到火星车的样本盒内进行分析。钻孔机内装设了火星表面下研究多光谱摄影机(Mars Multispectral Imager for Subsurface Studies, Ma-Miss),这是一台小型的、可探测钻孔的红外线摄谱仪。该系统将进行两个完整的垂直钻孔2米深实验循环(每次取得4份样本)。这表示至少将取得17份样本并进行后续分析。
title: 分析仪器.
content: 以下ExoMars上的仪器将用来研究收集到的样本:
title: 自动导航.
content: ExoMars火星车的设计可以在火星表面自动导航。一对立体摄影机让火星车可以建立火星表面的3D地形图,其使用的导航程序可以用来判定周围地形让火星车能避开阻碍与找出最有效率的路线。

Summary: 火星探测计划 (ExoMars,Exobiology on Mars)是宇宙生物学调查火星过去居住环境的专案计划,为在本世纪20年代的火星样本取回任务专案计划铺路和展示新技术。 这个计划是由欧洲航天局(ESA)和俄罗斯联邦航天局合作的专案。这个专案将使用两艘火箭发射几个太空船元素去火星,搜寻过去或现在火星生命的生物特征(biosignature)。火星微量气体任务卫星(ExoMars Trace Gas Orbiter,TGO)和一个测试用固定在火星表面,不动的斯基亚帕雷利EDM登陆器在2016年3月14日发射。TGO将在2018年10月19日引导斯基亚帕雷利登陆火星,然后继续进行火星上甲烷和其它气体的来源映射。TGO携带着四种特别的仪器,也将作为通讯的中继卫星。