想更了解太空除了看《星际效应》也该知道太空船进入火星轨道的故事

导读 作者:许庭榜(中兴大学国政所硕士) 火星任务发展与现况分析 2012年8月3日,政府批准由太空研究组织所提出的火星探测计画,辛格(Ma

作者:许庭榜(中兴大学国政所硕士)

火星任务发展与现况分析

2012年8月3日,政府批准由太空研究组织所提出的火星探测计画,辛格(Manmohan Singh)于2012年8月22日第66届独立纪念日上正式宣布这个消息,辛格在致词时指出这趟任务将使在科技领域的发展上向前迈进一大步,并表示的太空船会在靠近火星附近的地方蒐集重要的科学资讯。

事实上,从1960年代至今全球约45次火星探测任务,其中三分之一失败。除此之外,除了欧洲太空总署的「火星快车号」,没有其他国家首次探测火星就取得成功。2014年9月24日,无人火星探测器「曼加里安号」(Mangalyaan,梵文译为火星飞船)结束10个月长达6.6亿公里的飞行,成功进入火星轨道,成为第一个将探测器送上火星轨道的亚洲国家,也是继欧洲太空总署(ESA)之后,首次挑战这项任务就成功的国家。

莫迪(Narendra Modi)在探测器成功进入火星轨道后说道:「我们敢于探索未知的领域,并达成了几乎不可能的任务,我们写下了历史的新页。太空计画的成功展现出身为一个国家我们所能够做到的。」

本文从科学与技术层面解读此次的太空探索,也提出太空计画将为带来多重效益,包括凸显其太空实力,争取更多太空合作伙伴与太空商业服务的客户,再者亦能提升国家内部的士气,吸引更多的年轻人才加入该领域的研发。

火星任务的主要目标

这次的火星任务是第一次的星际探索(Interplanetary Exploration),属于行星之间的探索任务,与2008年进行的月球任务有所不同。的火星任务预计由一艘火星轨道探测器「曼加里安号」绕行火星的椭圆形轨道(最近点距离火星371公里,最远点距离火星80000公里)进行数种科学实验。这次任务既是一项技术任务,也是科学任务,技术层面的目的在于发展星际探测任务必须的设计、规划、管理和操作等相关技术,而科学层面的目的则在于探索火星的若干特徵。火星任务具体的目标如下:

1.科学目标

探索火星表面的若干特徵,包含拍摄火星表面的影像、测量火星表面的化学成分组成、分析火星大气层内的成分,藉此探测生命的迹象、绘製表面地图、识别矿物资源等任务,并寻找甲烷这种攸关地球生命过程的化学物质。

2.技术目标

根据太空研究组织主席拉达克里希南,虽然的火星任务有科学上的目标存在,但是这次任务的目标还是以技术层面为主,最基本的就是要使建立起环绕火星飞行的能力。具体而言,技术层面的目标包括(注一):(1)具备研发製造火星探测器的技术能力,而且探测器要能够进行对地轨道校正(Earth-bound maneuvers)、飞行时间要能够持续300天以上、拥有将探测器準确射入火星轨道并使火星引力吸住的技术、在火星轨道上进行在轨探测的能力等;(2)与火星探测器进行深空通讯(Deep Space Communication)、导航、任务规划、管理与操作等技术;(3)火星探测器要安装自动反应装置以因应紧急的突发状况,以及自动进行故障检测和修复等功能。

的火星轨道探测器称为「曼加里安号」(Mangalyaan),又称为火星飞船,重1350公斤,配备有5个自製的科学仪器,分别为:

(1)火星彩色相机

火星探测器搭载的第一个科学仪器为「火星彩色相机」(Mars Colour Camera, MCC),专门用于拍摄与蒐集火星的表面特徵、组成与影像,适合用于监测火星的动态变化与天气。另外,火星彩色相机也将用于调查火星的两颗卫星「福波斯」与「得摩斯」(Phobos and Deimos)(注二)。再者,火星彩色相机也会提供火星的情境资讯给其他探测器上的科学仪器。(注三)

(2)热红外线影像光谱仪

火星探测器上的第二个科学仪器是「热红外线影像光谱仪」(Thermal Infrared Imaging Spectrometer, TIS),专门用于测量热能的放射,可同时于白天和晚上运作。在热能放射的测量中,温度与放射率(emissivity)是两个测量的基本物理参数,而许多矿物和土壤种类在热红外线下都会产生特殊的光谱特性。因此,热红外线影像光谱仪可以勘测火星表面的成分与矿物。(注四)

(3)火星甲烷感应器

火星探测器上的第三个科学仪器是「火星甲烷感应器」(Methane Sensor for Mars, MSM),专门用于测量火星大气中是否有甲烷存在。甲烷感应器可以追蹤到十亿分之一的甲烷含量,并找到它的来源。然而感应器必须要在光亮的环境下才能够测量并取得数据,因为在光亮的环境下感应器才能测量太阳辐射的反射,而火星大气层(atmosphere)中的甲烷浓度则会随着时间与空间的改变而有所变化。(注五)

(4)火星中性质量分析仪

火星探测器上的第四个科学仪器是「火星中性质量分析仪」(Mars Exospheric Neutral Composition Analyser, MENCA),火星中性质量分析仪是ㄧ个四倍数的质量光谱仪,能够以单位质量分辨率在1至300 AMU(原子质量单位)的範围中分析中性粒子的组成,预计将用来分析火星外大气层(exosphere)内中性粒子的组成。(注六)

(5)莱曼α光度计

火星探测器上的第五个科学仪器是「莱曼α光度计」(Lyman Alpha Photometer, LAP),它是ㄧ种电池吸收光度计,可以在火星的上大气层内(通常指外大气层与外大气层的底部,注八)从莱曼α的放射量中测量重氢(deuterium)和氢(hydrogen)的相对含量,而透过对重氢与氢含量比例(Deuterium to Hydrogen abundance Ratio, D/H)的测量,我们可以得知水分从行星流失的过程。(注九)

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