[天问一号,火星探测,印度航天]天问·探路火星｜印度火星探测：获得亚洲第一后却陷入迷茫

【编者按】

7月23日，中国“天问一号”火星探测器顺利入轨，开始奔赴火星。

今年是火星探测的大年，阿联酋、中国、美国三国将先后向火星发射探测器。作为离地球较近且环境最相似的星球，火星一直是人类深空探测的热点，尤其是冷战结束后，火星探测不再是美苏的专利，越来越多的国家加入这一行列。接下来，澎湃新闻（www.thepaper.cn）推出系列文章，呈现各国或组织火星探测的现状及未来。
航天领域是印度科技领域少有的亮点，印度2013年发射的“曼加里安”号火星探测器是亚洲第一个成功进入火星轨道的探测器。
“曼加里安”：亚洲首个成功的火星探测器
印度的火星轨道器（MOM）命名为“曼加里安”（Mangalyaan），是印度神话中火星船的音译。“曼加里安”号火星探测器基于印度的I-1K卫星平台，它是一种一吨级卫星平台，2008年印度发射的第一个月球探测器“月船一号”也是I-1K平台，“月船一号”的实施为“曼加里安”号的成功奠定了基础。
“曼加里安”号探测器的原定投资仅有7100万美元，其中探测器本身的研制只有2400万美元，发射费用1700万美元，还有为了支持火星任务进行地面测控网改造和探测器未来一年半内的运行费用累计3000万美元。从资金投入上看，印度首次火星探测任务更多是试验性的尝试，以较小的投入实现火星探测的突破。“曼加里安”号的火星探测任务并非一帆风顺，这个探测器重量高达1.33吨，发射这样的火星探测器对中美俄欧日这些航天实力比较强的选手来说都是举手之劳，但印度当时成熟可靠的火箭只有极地卫星运载火箭PSLV，而PLSLV火箭运力不足，只能将其送入近地点400多千米、远地点7.7万千米的大椭圆轨道，随后“曼加里安”号自行变轨飞向火星。“曼加里安”号地球轨道上的第四次变轨还出现问题，速度增量只有预定的约1/3，好在及时补救并成功飞离地球轨道。

测试中的“曼加里安”号探测器

2013年11月5日，“曼加里安”号发射升空，经过多次变轨提升轨道后，12月1日离开地球，开始踏上近10个月的奔赴火星的航程。2014年9月24日，“曼加里安”号主发动机点火，探测器减速后进入环绕火星的轨道，轨道近地点约420千米、远地点约8万千米，印度首次火星探测任务获得了空前的成功。亚洲航天三强中，中国此前没有独立发射火星探测器，日本“希望”号火星探测器则入轨失败，而印度首次任务就成功入轨，作为航天实力最弱的一极反而最先实现了火星探测的突破。
“曼加里安”号探测器重量约1.33吨，其中燃料重量就高达852千克，为火星探测任务的变轨机动和轨道维持留下了充分的冗余容错空间，但燃料比例那么高，导致载荷就只有总计15千克。“月船一号”探测器携带了国际合作的多个载荷，而“曼加里安”号则强调探测载荷的全国产化。从这个角度上看“曼加里安”号探测器着重解决火星探测的有无问题，关键在于成功进入火星轨道，并没有奢求非要获得开拓性的科学发现。当然，印度科学家在5个载荷上还是力求有所作为。“曼加里安”号装有雷曼-阿尔法光谱仪、火星甲烷探测器，用于探测火星大气高层氘和氢的相对丰度以及火星大气成是否存在甲烷；它还有火星外大气层中性成份分析仪，探测火星轨道上的中性原子；另外它还携带了火星彩色相机和热红外成像光谱仪，火星彩色相机用于拍摄火星表面照片，获取火星表面的地形地貌和成分信息，而热红外成像仪用于遥测绘制火星表面成份和矿物，以及获取火星大气二氧化碳等成分的信息，拍摄了大量火星照片。目前，“曼加里安”号还在轨道工作，今年7月还报道拍摄了火卫一的照片。
总的说来，“曼加里安”号探测器载荷缺乏侧重，只有甲烷探测器填补了空白，但它以掌握和突破火星探测技术为目标，火星入轨正常工作就是最大的成功。作为亚洲唯一成功的火星探测器，它让印度成为世界上第四个成功进行火星探测的国家和组织，而且是世界上第一个首次火星探测就获得成功的国家，对印度航天和科学界具有重要的象征意义。

“曼加里安”号探测器部分设备

后续探测项目：盲目攀比，后续乏力
“曼加里安”号的成功鼓舞了印度航天部门，他们很快提出下一个火星探测项目，暂时称之为“火星轨道器二号”（MOM-2）。“曼加里安”只需解决有无问题，进入火星轨道就是成功，而二号有更高的标准，印度希望下一个火星探测项目获得更多的科学成果和工程突破。
“曼加里安”的成功是印度航天因陋就简的胜利，光脚的人没有什么可失去的，孤注一掷反而大获成功。“曼加里安”号成功之后，印度航天被火星探测成功的光环所笼罩，反而有了太多而想法，犹豫和攀比，导致多年来无所作为。印度2014年10月28日宣布，将于2018年发射第二个火星探测器，新的火星探测器将使用运力更大的GSLV MK3火箭发射，它包括一个重量更大、性能更强的轨道器，此外还将释放一个小型着陆器，挑战艰难的火星着陆技术。火星拥有一个稀薄的大气层，大气密度虽然不大但高速进入时需要防热，另一方面大气密度太小减速不足，造成火星着陆难度很大，目前只有美国熟练掌握了火星着陆技术，印度的小型着陆器如果成功落到火星表面，将是另一个突破性的成就。

“月船二号”的失败表明印度并未掌握地外天体软着陆技术，火星软着陆难度比月球更高

印度“火星轨道器二号”项目2016年开始征集有效载荷，计划发射时间是2020年而不是2018年。不过令人困惑的是，“火星轨道器二号”的具体方案却一直没有确定，最初有携带小型着陆器的说法，2016年还有报道称法国将参与这个计划，帮助印度研制着陆器。法国虽然没有火星着陆器，但是参与过罗塞塔/菲莱任务，成功着陆67P彗星，还研制过着陆泰坦的“惠更斯”着陆器，拥有一些地外天体着陆经验，比毫无经验的印度要好得多。不过2018年印度空间研究组织（ISRO）主席斯万却表示，目前和法国在“火星轨道器二号”上尚无合作，未来不排除开展合作，换句话说2016年合作研制火箭着陆器，可能只是法国人的一厢情愿。当然这也不算奇怪，印度政府2017年才为“火星轨道器二号”正式拨款，2016年的合作恐怕只是意向而不是正式协议，更不要说展开“火星轨道器二号”的具体设计了。
2017年ISRO预算中，“火星轨道器二号”任务又有了新的变化，发射可能推迟到2021-2022年，印度工程师曾在携带先进设备的高性能轨道器方案，以及轨道器-着陆器-火星车“绕落巡”三合一方案中犹豫不定。考虑到亚洲航天角逐的因素，印度“火星轨道器二号”越来越倾向于“绕落巡”方案。2017年预算中“火星轨道器二号”就可能包括一个火星车，2018和2019年的报道更是反复提到“绕落巡”的火星探测器方案。
总结过去几年的信息，“火星轨道器二号”将使用I-3K平台，发射重量约3吨，轨道器携带约100千克的载荷，并释放小型着陆器和火星车。当然，盲目攀比的结果是项目进度的进一步推迟，最近报道中提到“火星轨道器二号”发射时间已经推迟到2024年左右，可谓十年磨一剑，这和“曼加里安”号在一年内完成项目审批到探测器发射形成了鲜明的对比。去年“月船二号”着陆月球以失败告终，这表明印度并没有完全掌握地外天体软着陆技术，这也给“火星轨道器二号”项目带来更多的不确定性。