近日，阿聯酋發射了自己的首顆火星探測器“希望”號，揭開了新世紀火星探測大幕。火星是太陽系中與地球最相似且距離第二近的行星，因此成為目前除地球以外人類研究程度最高的行星，人類用空間探測器對火星進行探測的歷史幾乎貫穿整個人類航天史。

地球（左）與火星（右）的大小對比圖。版權/NASA

三個發展階段

人類的火星探測起步於20世紀60年代，到今年6月底，全球共實施了44次探火活動，美國21次，蘇俄19次，日本1次，歐洲2次，印度1次。完全成功或部分成功23次，成功率約53%。完全成功的19次，成功率約43%。所以，探測火星十分不易，主要原因是火星距地球遙遠，環境複雜。

迄今，成功登陸火星的探測器有8個：

“海盜”1號、2號，“火星探路者”，“機遇”號、“勇氣”號、“鳳凰”號、“好奇”號、“洞察”號

目前正在工作的軌道器有6個：美國的“火星奧德賽”、“火星勘測軌道器”、“火星大氣與揮發物演變”，歐洲的“火星快車”和“微量氣體軌道器”，印度的“曼加里安”

正在工作的著陸巡視器有2個：“好奇”號和“洞察”號

美國海盜-2在火星著陸示意圖。版權/NASA

總的來講，全球火星探測經歷了以下三個發展階段。

1960—1975年為第一階段，這是探火的第一次熱潮，共進行了23次發射。

1976—1990年為第二階段，火星探測進入了低潮期，只有蘇聯進行了2次火星探測器的發射，但是都失敗了。

20世紀90年代至今為第三階段，探火的第二次熱潮，共進行了19次發射。探火的主要是為了科學和工程目的，尤其是美國實施了龐大的“火星生命計劃”，發射了不少新型火星探測器，成就斐然。歐洲空間局、印度也成功探測了火星，打破了美蘇在火星探測領域的壟斷。

測試“洞察”號火星著陸器。版權/NASA

早期美蘇競爭

1960—1975年，蘇美在火星探測領域開展了激烈的競賽，結果美國技高一籌，探火的成功率明顯高於蘇聯。

在這期間，蘇聯先後發射了多個“火星”系列探測器，但大部分失敗了。其中火星-3著陸艙在火星表面軟著陸，雖然僅發送20秒鐘電視信號，但它是第一個到達火星表面的探測器；火星-5是蘇聯首個進入火星軌道的探測器，並發回火星照片；火星-6在著陸過程中對火星大氣進行了觀測，發回了火星大氣參數。

1976—1990年，全球火星探測進入低潮期，只是在1988年，蘇聯發射了火衛-1、2探測器，但仍沒有逃脫失敗的命運，未能傳回科學數據。

蘇聯火星-3著陸器於1971年在火星表面著陸，但僅工作20s後就由於未知原因與地球失去聯繫。版權/wikipedia

與之相比，同一時期的美國火星探測活動要好許多。美國向火星發射了數個“水手”系列探測器，其中4個成功，尤其是水手-4從離火星約1萬千米的地方掠過，回傳了第一張火星表面的照片，這也是第一張從除了地球以外另外一個行星上拍的照片，它共傳回了21張火星近距離的照片，探測到火星的大氣密度不足地球的1%；水手-9於1971年成為世界第一個進入火星軌道的探測器，拍攝了85%的火星表面，並為後來的海盜-1、2在火星著陸探測選定了地點。

1975年，美國先後發射了海盜-1、2探測器，是世界第一對通過一次發射完成環繞探測和著陸探測兩種探測方式的火星探測器。軌道艙對火星空間環境、火星地表以及火衛1、火衛2進行了觀測；著陸艙分析了火星土壤，測量了風速、氣壓和溫度，並確定了火星的大氣成分。“海盜”在火星軟著陸為後來的火星著陸探測奠定了基礎。

水手-4號拍攝的第一幅火星數字圖像（手工上色）版權/NASA

美國水手-4火星探測器版權/NASA

目前美國領先

1990年後，全球火星探測活動轉暖，美國在時隔17年後，率先於1992年發射了“火星觀測者”探測器。不過，它在即將到達火星時與地球失聯。

經過4年技術改進後，美國於1996年開始實施龐大的“火星生命計劃”，即尋找火星生命。在這一年裡，美國先後成功發射了“火星全球勘測者”和“火星探路者”探測器，以確定火星上是否存在生命。

美國“火星全球勘探者”在軌工作示意圖。版權/NASA

“火星全球勘測者”比“海盜”軌道艙成像系統的分辨率有了很大提高，使科學家們對火星表面的演化史有了更深入的認識。

“火星探路者”由1個著陸器和1輛火星車組成，採用新穎的氣囊著陸方式，創造了幾項第一：第一個直接在行星上硬著陸的探測器和第一個在時速1600千米這一超音速飛行情況下使用降落傘著陸的探測器；第一個使用所攜帶的六輪遙控火星車在火星上行駛，實現了對火星較大範圍的移動考察。

但是，美國在1998年和1999年分別發射的“火星極區著陸器”、“火星氣候軌道器”又雙雙遭受了失敗。

但美國沒有氣餒，在總結了經驗教訓後，美國於2001年成功地發射了“火星奧德賽”探測器，首次發現火星地表下面存在水冰，這預示著火星上存在生命的可能性。這個探測器目前仍在工作。

此後發射的美國火星探測器也都獲得成功。

猶如地質學家的“勇氣”號火星車準備探測一塊石頭（示意圖）。版權/NASA

2003年，美國先後發射了第二代火星車——“勇氣”號和“機遇”號。這對“雙胞胎”不僅大大超期服役，而且相當於一個地質學家站在火星上獲取了重要成果，使科學家更好的了解了火星，並再次證實火星上有水。

2005年入軌的美國“火星勘察軌道器”是當今世界最先進、最大的火星軌道器。它的分辨率是以往其它系統的6倍，運行在200千米高時分辨率可達到0.3米，軌道高度為400千米時分辨率為0.6米。高分辨率觀測對研究分層物質、衝擊溝、河道等很有利，並用於確定著陸區和取樣區。“火星勘察軌道器”除用於從低軌道觀察火星，拍攝了大量高清晰度火星圖片外，還為火星著陸器選址和中繼數據。

2007年，美國“鳳凰”號火星著陸器升空。它是第一個在火星北極地區著陸的探測器，對了解火星氣候的歷史是非常重要的。其探測任務持續了約3個月，它通過伸展機械手在火星挖掘土壤，了解了當地環境是否適合生物生存。

2011年發射的美國“火星科學實驗室”攜帶了第三代火星車“好奇”號。其長度是第二代火星車的2倍，質量是第二代火星車的4倍，所帶科學儀器質量是第二代火星車的15倍。它在火星探測器中首次使用了核電源技術，這樣可避免太陽電池陣可能會被火星塵土覆蓋而影響發電效率，大大提高火星車的行程、使用壽命和在火星表面的工作時間。

2013年，美國“火星大氣與揮發物演變”入軌。它是世界首個研究火星上層大氣的探測器，旨在調查火星上層大氣，幫助了解火星大氣氣體逃逸到太空對火星氣候演變所產生的影響。

2018年，美國“洞察”號在火星安全著陸。它用於為火星做“CT”，探測火星內部地震活動的規模、頻率和地理分佈以及隕石撞擊火星表面的頻率，確定火星內部的熱狀態、火星地幔的成分和結構、火星地殼的厚度和結構以及火星地核的尺寸、成分和物理狀態。

2016年1月19日，“好奇”號在納米布沙丘拍攝了這張自拍照，拍攝之後還用輪子轉動磨開沙層，採集了沙子樣本以供實驗室分析研究。版權/NASA

其他後起之秀

從1998年起，日本、歐洲和印度也開始研製和發射各自的火星探測器，打破了美蘇在火星探測領域的壟斷。

1998年，日本發射了首個火星探測器“希望”號，但由於推進器故障，最終沒有進入火星軌道。

2003年，歐洲第1個火星探測器“火星快車”升空，成為繼蘇聯、美國和日本之後世界第4個發射深空探測器的國家或組織。它由軌道器和著陸器組成，其中軌道器進入火星軌道，獲得超出預想的數據，包括用雷達探測火星的水資源存量，目前仍在超期服役。它還用於為火星著陸器提供信息中繼服務。但其著陸器，英國的獵兔犬-2在著陸火星過程中與地球失去聯繫。“火星快車”軌道器目前仍超期服役。

歐洲第一個火星探測器“火星快車”在軌飛行示意圖。版權/NASA

2016年，以歐洲為主，歐洲航天局與俄羅斯合作研製的“火星生物學-2016”探測器入軌。它由“微量氣體軌道器”和“夏帕雷利”著陸器組成。其中“微量氣體軌道器”成功進入火星軌道，主要用於探測火星大氣中的微量氣體；但“夏帕雷利”著陸器在進行火星表面著陸試驗時沒有成功。

歐洲“火星生物學-2016”探測器正在釋放“夏帕雷利”著陸器示意圖。版權/ESA

1996年，俄羅斯發射火星-96探測器時因火箭故障而“箭毀器亡”。2011年，俄羅斯又發射了“火衛一-土壤”探測器，這次火箭雖然沒出問題，但探測器發生了故障，使探測器沒能進入地火轉移軌道，最後再入地球大氣層燒毀。

印度一直想在亞洲航天領域爭個第一。2013年，印度第一個火星探測器——“曼加里安”升空。它於2014年成功進入火星軌道，並發回所拍攝的火星照片，從而成為繼蘇聯、美國和歐洲之後世界第4個成功探測火星的國家或組織，也是亞洲第1個成功探測火星的國家。

印度“曼加里安”進入火星軌道示意圖。版權/wikipedia