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來源：互聯網

螢火一號（英文名：Yinghuo-1）是中國火星探測計劃中的第一顆火星探測器，由中國航天科技集團所屬上海航天技術研究院抓總研制。螢火一號主體部分長75厘米，寬75厘米，高60厘米，兩側太陽帆板展開近8米，質量約115公斤，設計壽命2年。探測器攜帶有等離子體探測包、光學成像儀、磁通量門磁強儀、掩星探測接收機等4類有效載荷。計劃對火星進行為期一年的在軌探測，其任務包括探測火星及其空間環境、揭示類行星空間演化特征等。

螢火一號原計劃于2009年10月和俄羅斯福布斯-土壤探測器一起從拜科努爾航天中心發射升空。2009年9月29日，俄羅斯決定將福布斯-土壤探測器的發射時間推遲至2011年10月，螢火一號的發射也被迫推遲。2011年11月9日，螢火一號搭載在俄羅斯福布斯-土壤探測器內部在哈薩克斯坦拜科努爾航天發射場發射升空，福布斯-土壤探測器在與火箭分離后因其主發動機啟動失敗而無法實現變軌，未能脫離近地軌道，任務以失敗告終。

螢火一號的發射標志著繼美國、俄羅斯、日本、歐洲航天局后，中國也身于“火星俱樂部”。對火星的探測和研究特別是對火星生命痕跡的研究，對人類的未來發展將產生重大影響。

研發歷程

研發背景

2005年11月，中俄兩國總理在北京舉行第10次定期會晤并發布《中俄總理第十次定期會晤聯合公報》，《聯合公報》顯示：“深化中俄航天領域的長期合作關系，探討月球和深空探測領域雙方合作的可能性。”

2007年3月26日，中俄兩國國家航天局簽署了“關于聯合探測火星及火衛一合作的協議”。根據協議，雙方決定在2009年對火星及其衛星火衛一進行聯合探測，任務執行者分別是中方的螢火一號和俄羅斯的福布斯-土壤探測器。兩個探測器由中、俄雙方各自研發制造，計劃于2009年10月使用俄羅斯的“天頂”火箭從拜科努爾航天發射場一同發射。

研發過程

2007年5月21日，在上海市航天技術展上由上海航天局研發的火星探測器正式向公眾亮相，基于保密要求，此次展出的是火星探測器概念版模型。

2009年2月，螢火一號進行模擬測試，在溫度只有-260℃的實驗環境中休眠8.8個小時之后，螢火一號上的16臺單機均成功喚醒，且正常工作。5月28日，螢火一號的1:1比例模型在第三屆上海國際航空航天技術與設備展覽會展出。5月31日，上海航天局黨委副書記張偉強表示：“螢火一號目前已通過研制階段的試驗考核和驗證，將轉入‘待發’狀態。”6月，螢火一號出廠。8月5日，來自上海航天局509所消息：“螢火一號已經運抵俄羅斯，經過最后的聯合調試后，等待發射。”9月29日，俄羅斯決定將福布斯-土壤火星探測器的發射時間由2009年10月推遲至2011年10月，螢火一號的發射也被迫推遲。

設計人員

名稱標識

“螢火”取自火星在中國古代的稱呼——“熒惑”的諧音。據古籍記載，火星呈紅色，熒光像火，且火的亮度常有變化；而火星在天空中運動，有時從西向東，有時又從東向西，情況復雜，令人迷惑，所以中國古代叫它“熒惑”，有“熒熒火光、離離亂惑”之意。

設計制造

基本結構

螢火一號質量約115公斤，設計壽命2年，由探測器本體和太陽電池陣構成。探測器本體為六面體，尺寸為長75厘米、寬75厘米、高60厘米，太陽電池陣展開后達6.85米。探測器軌道確定通過甚長基線干涉（VLBI）測量網測軌加多普勒單向測速方法獲取空間位置參數，數傳直接對地球通信。高增益數傳天線最大直徑95厘米。

探測器由綜合電子計算機實現整器管理、運算和控制。器體內部主要安裝有效載荷、電源、姿控、測控數傳、綜合電子等分系統；器體外部安裝有效載荷傳感器、姿態敏感器、推力器、測控數傳天線等部件。

為滿足有效載荷正常工作和深空通信對姿控的要求，螢火一號正常運行期間采用星敏感器加慣性基準進行姿態測量，由4個反作用飛輪組成零動量控制方式實現對日、對地、對火星定向三軸穩定姿態控制。

主要參數

有效載荷

螢火一號上搭載了磁通量門磁強計、等離子體探測包、掩星接收機和光學成像儀4類有效載荷。利用磁強計探測火星空間磁場的分布、結構；利用等離子包探測電離層粒子分布特性；兩臺光學相機用于拍攝火星全球照片和清晰度較高的局部照片（分辨率可達到200米），并研究火星沙塵暴及其對電離層的影響。

等離子體探測包

等離子體探測包由4部分組成：離子分析器I、離子分析器II、電子分析器和電子學箱。離子分析器I和離子分析器II對稱安裝在艙外，實現離子的能量、角度和成分的探測；電子分析器安裝在艙外，實現電子能量和角度的探測；電子學箱位于衛星艙內，由離子分析器數據處理單元板和電子分析器數據處理單元板兩部分組成。

磁通門磁強計

磁通門磁強計由磁強計探頭A、磁強計探頭B、磁強計電子學箱組成，用于測量火星空間環境中的磁場。為提高測量精度，降低衛星剩磁對傳感器的干擾，在衛星上安裝兩個三軸高精度磁強計探頭（磁強計探頭A、磁強計探頭B），利用傳感器探頭安裝位置的差異，通過數據處理消除衛星剩磁干擾。

掩星接收機

掩星接收機由掩星接收機天線和掩星接收機電子學箱組成。掩星接收機接收俄羅斯福布斯—土壤探測器上兩個頻率的信號（833MHz/416.5MHz），測量這兩個頻率信號的幅度及載波相位，通過地面后處理，得到火星電離層的電子密度及總電子含量。

光學成像儀

光學成像儀由光學成像儀鏡頭和電子學系統組成。光學成像儀在天問一號進入軌道后開始工作，能夠以多種工作模式拍攝雙星分離及火星表面的圖片，并將圖像數據上傳至數管分系統。

技術創新

超穩定振蕩器

為了嚴密監控位置和速度，螢火一號上攜帶了一個超穩定振蕩器。超穩定振蕩器會以極其精準的頻率發射無線電信號。當螢火一號在火星的引力場中運動的時候，多普勒效應（反映了螢火一號的速度）和引力紅移效應（反映了螢火一號在引力場中的位置）就會改變地球上的觀測者接收到的這一無線電信號的頻率。由此就可以反推出螢火一號的位置和速度。這一過程被稱為“單程開環多普勒測量”。此外，單程開環克里斯蒂安·多普勒測量還能用于探測行星重力場、行星自轉和章動、大氣狀況，乃至檢驗廣義相對論效應。它的優點是不需要增加額外的載荷，缺點則是對時頻技術要求極高。

無磁材料

因螢火一號的任務中包括了研究火星上的磁現象，為了避免研究受到探測器自身的干擾，螢火一號的材料和零件將一律無磁。

熱控系統

螢火一號從地球軌道向火星軌道轉移期間，要遭遇7次長火影，每一次長火影最低溫度在-200多攝氏度，最長持續時間為8.8小時，且全部處于黑夜狀態。

螢火一號上的能源主要依靠太陽能轉換來獲取能量，再利用自身攜帶的鋰離子蓄電池保存能量。光照期間，星上太陽能帆板電池陣充分吸收能量發電，為星上設備供電，并對蓄電池充電。而在長火影期間，太陽能帆板無法接收到陽光，為保持低功耗，星上各臺單機不得不進入休眠狀態。當長火影結束后，再通過遙控手段對各單機加熱加電實施喚醒。

根據螢火一號面臨長期火星陰影環境的特點，研制團隊對螢火一號的長火影熱控設計及深冷試驗驗證進行了研究，給出了天問一號長火影熱控自主控制流程，以及各階段熱控方案。同時通過改造真空環境模擬器，完成了中國第一個實現全包絡20K超低溫背景模擬的真空熱試驗。長火影試驗結果表明：螢火一號熱控設計完全能滿足度過長火影的低溫環境要求，各單機在出火影后，均能被成功地喚醒，進入正常工作狀態。

為了攻克長火影技術難關，星上鋰離子蓄電池要經受深冷低溫考驗，來驗證其在超低溫環境下的穩定性。于是研制團隊將蓄電池放在超低溫環境下做了許多次充放電試驗。這是鋰離子蓄電池技術在中國首次進行應用于深空探測活動的實驗，并突破了高比能量、低剩磁、超低溫工作、巡航段長時間待命等多項關鍵技術，為后續的深空探測活動積累了大量的數據和經驗。

另外，研制團隊還搭建了一個模擬火星超低溫（-260℃）黑暗嚴酷惡劣環境的空間，讓天問一號艱難地依靠自帶電池在休眠狀態下維持運作。經過試驗，螢火一號上的16臺單機在超低溫環境下均能被喚醒并正常工作，證明了衛星的設計方案正確，鋰離子蓄電池質量過硬，經得起長火影惡劣環境的考驗。

任務規劃

任務目標

螢火一號的科學目標是探測火星的空間磁場、電離層和粒子分布及其變化規律，探測火星大氣離子的逃逸率，探測火星地形、地貌和沙塵暴以及探測火星赤道區重力場。在螢火一號上同時配置磁強計和粒子（包括電子和低能熱離子）探測儀，揭示真實的火星空間環境，并測得從火星表面逃逸的氧粒子的流量，從而判斷火星上水的流失總量。另外，螢火一號還將與福布斯-土壤探測器聯合完成人類首次對火星電離層的星—星掩星探測，反演火星電離層電子密度分布。這個探測的實施過程是在兩個探測器進入火星軌道并分離之后，從俄羅斯福布斯-土壤探測器上發射兩個頻段的無線電，由螢火一號接收其信號。當兩個探測器的無線電電波射線切過火星大氣和電離層時，電波受大氣和電離層密度隨高度變化的影響，將發生彎曲，且不同的波段將出現不同的彎曲和延時。通過對接收信號強弱變化和延時的分析，就可以反演出火星大氣和電離層物理參數的垂直剖面曲線。

原定流程

福布斯-土壤探測器發射升空后，將在地球環繞軌道進行2次變軌，進入地火轉移軌道，經過約10個月的地火轉移飛行，到達火星并進入環繞火星的大橢圓軌道，隨后福布斯-土壤探測器釋放螢火一號，螢火一號進入獨立工作狀態，在環繞火星的大橢圓軌道上開展科學探測工作。福布斯-土壤探測器飛赴火衛一并著陸，對火衛一土壤進行采樣后，返回地球。

運載火箭

螢火一號搭載在福布斯-土壤探測器內部由俄羅斯天頂-2SB運載火箭發射升空。天頂2號運載火箭為兩級中型運載火箭，可將重約12噸的航天器送入圓形軌道，也可將重約3.5噸的航天器送入高橢圓形軌道。

發射地點

螢火一號搭載在福布斯-土壤探測器內部在哈薩克斯坦拜科努爾航天發射場發射升空。拜科努爾航天發射場位于哈薩克斯坦的中部，建于1955年6月，是蘇聯時期建造的航天器發射場和導彈試驗基地。2021年夏天，俄羅斯租用哈薩克斯坦拜科努爾航天發射場的合同補充協議生效，俄羅斯將租用至2050年。

測控通信

螢火一號上行命令主要由俄羅斯地面站和歐空局地面站幫忙接收，下行命令則由中國地面站、俄羅斯地面站和歐空局地面站分時段進行接收。中國地面站主要依托國家天文臺位于密云區的50米射電望遠鏡和位于云南省的40米射電望遠鏡接收螢火一號傳回的數據。因距離太遠、數據量大，三個地面站聯合起來也只能下載螢火一號在探測中獲取的5%-10%數據。

任務經過

發射升空

2011年11月9日4時16分，螢火一號搭載在福布斯-土壤探測器內部，由俄羅斯天頂-2SB運載火箭在哈薩克斯坦拜科努爾航天發射場點火發射升空，之后星箭正常分離，將探測器和上面級組合體送入預定軌道。福布斯-土壤探測器發射升空后，上面級發動機沒有按程序啟動，且測控應答機出了問題，無法與地面取得聯系，也無法接收地面的指令。