火星氣候探測者號 (Mars Climate Orbiter )是美國太空總署 的火星 探測衛星,也是火星探測98計畫 的一部份(火星極地著陸者號 為另一個探測火星的任務),於1998年發射升空。天文學家 計畫利用火星氣候探測者號來研究火星大氣層 、火星氣候 及火星地表 ,並幫助火星極地著陸者號與地球來通訊。不過火星氣候探測者號後來在1999年9月23日在進入火星軌道的過程中失去聯絡,最終任務失敗[ 1] [ 2] 。
設計
火星氣候探測者號的高度為2.1公尺 ,寬度為1.6公尺,長度為2公尺。探測器的內部結構主要是由石墨 複合材料/鋁 製的蜂窩結構所組成,是根據許多商業飛機 的設計來建造。除了科學儀器,電池 及主發動機、燃料是探測器上最重要的系統[ 3] [ 4] 。
探測器包括一個1.3公尺的高增益天線 在X波段與深空網絡 進行聯繫。火星氣候探測者號使用卡西尼-惠更斯號 的無線電回覆器來節省成本。它還配備一個雙向的UHF 無線電 頻率系統,預計火星極地著陸者號 於1999年12月3日登陸火星後,與地球來通訊[ 3] [ 4] [ 5] 。
火星氣候探測者號總成本是3億2,760萬美元(包含軌道衛星及著陸衛星),花費1億9,310萬美元來研發,花費9170萬美元來發射,花費4,280萬美元來進行探測任務[ 6] 。
背景
火星氣候探測者號的行星際軌道
美國太空總署 在火星觀察者號 任務失敗後,因為未來國際太空站 建造成本上升,所以開始尋找更便宜,更小型的解決方案來進行星際探測任務。小型太空探測器技術專案小組在1994年成立,目的是替未來的微型探測器來制定指導方針。該小組確定微型太空探測器重量 應在1.000公斤 以下[ 7] ,並配備高度集中的儀器面板。一個新的火星探測計劃在1995年開始,任務的設計方面包括目標應受到限制、成本低廉、可以頻繁發射等特徵。新探測方案中的第一個探測任務是1996年發射的火星全球探勘者號 ,它用來繪製火星地圖,並使用火星觀察者號搭載的設備來獲得地質數據[ 8] 。在火星全球探勘者號升空後,火星氣候探測者號搭載兩台儀器準備前往火星,其中一個原本用在火星觀測者號上面,用來研究火星氣候和天氣。
火星氣候探測者號主要的科學目標[ 3] :
確定火星水 資源的分佈
監測每天的天氣與大氣層情形
記錄火星表面由於風電及其他大氣影響所產生的變化
確定大氣層的溫度 曲線
監察大氣層中水蒸汽及粉塵的含量
尋找過去氣候變化的證據。
執行探測任務
發射
三角洲II 7425 將火星氣候探測者號發射升空
火星氣候探測者號在1998年12月11日UTC 18點45分51秒於佛羅里達州 卡納維拉爾角空軍基地 17號航天發射複合體 發射,運載火箭 為三角洲II 7425 。燃料在燃燒42分鐘後,火星氣候探測者號順利進入霍曼轉移軌道 。火箭最後的相對速度為每秒5.5公里,並將探測器送往6億6900萬公里外的目標[ 3] [ 5] ,朝向火星前進。火星氣候探測者號在發射時包括推進劑總共重638公斤(1,418磅)[ 9] 。
接近火星
火星氣候探測者號所拍攝的唯一一張照片
火星氣候探測者號在1999年9月23日UTC9點00分46秒開始插入火星軌道,火星氣候探測者號的無線電在UTC9時04分52秒(比預期還要早49秒)終止聯絡,當時探測器已經進入火星的另一側,但是它與地球通訊從未重新建立。探測器由於人為錯誤,導致探測器在低於預期的高度接近火星,最終因為大氣層的壓力解體。後來的火星偵察軌道器 才完成火星氣候探測者號的預期目標。
失敗原因
1999年11月10日,火星氣候軌道器事故調查委員會發布了第一階段報告,詳細介紹可能導致探測器發生事故的問題。在此之前,天文學家在1999年9月8日完成彈道修正機動-4的計算,隨後在1999年9月15日執行。它的目的是讓探測器調整至最佳位置以進入火星軌道,將使火星氣候探測者號環繞火星的高度在1999年9月23日降為226公里。然而,在TCM-4及進入軌道的一個禮拜間,導航團隊認為探測器的高度有可能比預期的還要低得多,大約位於150至170公里。探測器在進入火星軌道前24小時時,科學家計算顯示環繞火星軌道的高度為110公里,而火星氣候探測者號能夠存活的最低高度為80公里。科學家發現火星氣候探測者號最後的高度只有57公里,很有可能因為大氣壓力導致探測器瓦解。
火星氣候探測者號任務失敗的主要原因是人為因素,因為火星氣候探測者號上的飛行系統軟體使用公制單位 牛頓 計算推進器動力,而地面人員輸入的方向校正量和推進器參數則使用英制单位 磅力 ,導致探測器進入大氣層的高度有誤,最終瓦解碎裂。NASA 在此後的所有任务中小心地避免這個因計量單位 混淆所造成的錯誤。[ 10]
參見
參考來源
^ Stephenson, Arthur G.; LaPiana, Lia S.; Mulville, Daniel R.; Rutledge, Peter J.; Bauer, Frank H.; Folta, David; Dukeman, Greg A.; Sackheim, Robert; Norvig, Peter. Mars Climate Orbiter Mishap Investigation Board Phase I Report (PDF) . NASA. 1999-11-10 [2011-08-26 ] . (原始内容 (PDF) 存档于2009-10-27).
^ Metric mishap caused loss of NASA orbiter . CNN. 1999-09-30 [2011-01-10 ] . (原始内容 存档于2010年12月4日).
^ 3.0 3.1 3.2 3.3 Mars Climate Orbiter Arrival Press Kit (PDF) (新闻稿). NASA / JPL. September 1999 [2011-01-13 ] . (原始内容存档 (PDF) 于2011-03-12).
^ 4.0 4.1 Mars Climate Orbiter Flight System Description . NASA / JPL. 1998 [2011-01-13 ] . (原始内容存档 于2011-10-30).
^ 5.0 5.1 1998 Mars Missions Press Kit (PDF) (新闻稿). NASA / JPL. December 1998 [2011-01-13 ] . (原始内容存档 (PDF) 于2020-04-30).
^ Mars Climate Orbiter Fact Sheet . NASA / JPL. [2012-08-24 ] . (原始内容存档 于2012-10-03).
^ Panel on Small Spacecraft Technology, National Research Council. Technology for Small Spacecraft . Washington D.C.: National Academy Press. 1994 [2011-01-13 ] . ISBN 0-309-05075-8 . (原始内容存档 于2012-02-17).
^ Committee on Planetary and Lunar Exploration, Commission on Physical Sciences, Mathematics, and Applications, National Research Council. The Role of Small Missions in Planetary and Lunar Exploration . Washington D.C.: National Academies Press. 1995 [2011-01-13 ] . (原始内容存档 于2012-10-17).
^ 1998 MARS CLIMATE ORBITER ARRIVES AT NASA'S KENNEDY SPACE CENTER FOR FINAL LAUNCH PREPARATIONS (新闻稿). NASA MEDIA RELATIONS OFFICE. 1998-09-14 [2011-01-03 ] . (原始内容存档 于2012-02-07).
^ Mars Climate Orbiter Mishap Investigation Board Phase I Report (PDF) (新闻稿). NASA. November 10, 1999 [2011-01-13 ] . (原始内容 (PDF) 存档于2009-10-27).
外部連結
現役
已退役
未成功發射 未來
已取消計畫 探測
任务按发射日期排序;
† 未成功完成計畫目標;
‡ 表示在前往另一个目的地的途中利用行星作为
重力助推 。