“火星探路者”开创了人类探测火星的多个第一：首次向地球发回彩色三维立体照片；首次采用自由下降方式降落在火星表面；首次使用缓冲气事宜技术；它携带的“漫游者”探测机器人是人类首次成功地向地球之外的星球发射这种装置。

“探路者”的任务是调查火星的大气和地质构造，它以每小时80千米的速度在火星赤道以北19度的“阿瑞斯山谷”登陆，登陆器3个侧面外侧的6个直径达6米的充气球体，即缓冲气囊，为它筑起一道缓冲屏障。它所携带的“漫游者”火星车是个小型机器人，其电脑核心部分采用的是仅6500个晶体管的英特尔80C85处理器，重量23磅，使用太阳能动力，行驶速度最快每分钟2英尺。火星车上有一台阿尔法-质子-射线光谱仪，能现场分析岩石的化学成分，并将分析结果传回地面控制中心。它完成了对“甲壳比尔”和“尤基”两块岩石及周围部分土壤的分析，研究发现，火星岩石成分竟与地球很相似。

从发回的照片中，火星阿瑞斯平原看起来就像地球上的荒漠，有山脉、丘陵、沟谷、甚至还有损石坑，几十亿年前，还曾发生过特大洪水，从火星留下的车辙看，火星表面是一层虚土，下面是坚硬的壳层。此次探测使人类对火星气候有了更深入的了解。火星当时是夏季，白天地表温度约零下十几摄氏度，夜晚会降到约-70℃，白天有微风。

那么，火星上曾有过生命吗？水是如何形成的又如何消失的？火星曾有过与地球同样的地质过程吗？这一切如今都还是谜。但是，“探路者”的火星之行已为以后的探索甚至为人类登上火星打下了基础。

（一下似乎是国内研究人员的论文，作者不详）
旨在为行星探索开辟一条全新的途径的美国火星探路者探测器于1996年12月4日由麦道公司的德尔它II运载火箭送上征程，以11.4公里/秒的速度快速飞向火星这颗红色星球。这是自1976年两个海盗号探测器到达火星表面后20年来美国发射的第一个将在火星上着陆的探测器，也是第一个带有漫游车的火星着陆装置。探测器在发射后将直接冲向火星大气，并在气囊的缓冲下进行半硬式着陆，而不是从火星轨道上降下来，借助于火箭进行软式着陆，这在火星探测史上也是第一次。着陆时间是1998年7月4日。

探路者和此前于11月7日升入太空的火星全球勘测者（MGS）轨道器都是准备在2005年前发射的一系列美国及国际性行星际探测器的一部分。
探路者的发射期限有30天，12月4日是第3天。第1天（12月2日）的发射机会因天气条件不好而放弃。次日的首次倒计时进行到离起飞还有93秒时因软件的一个小的同步问题而中止。但4日的发射工作进行得很顺利。德尔塔-II 7925型火箭在美国东部标准时间上午1时58分07秒这一瞬间发射窗口（此时火星出现在地球的地平线上）点火起飞。此时地球的自转恰好使发射台进入了一个适合进行两次点火地球逃逸机动的几何平面。另外，选择这一发射时间还特别考虑到探路者在火星上的着陆地点和时机。它将在火星的冲积平原阿瑞斯谷着陆，时间是着陆场当地黎明到来之前。

在火箭第二级首次工作后，星箭进入一条185公里、倾角28.73度的圆形停泊轨道。直到此时，探路者与火星全球勘测者的飞行路线都很接近，但随后的飞行过程（包括跨火星机动动作发生的时间和位置以及所选择的飞行路线）就大不相同了。在停泊轨道上惯性飞行57分钟，先后飞过南非、印度洋和澳大利亚北部上空后，探测器到达太平洋西南某处的上空，并由此开始了跨火星机动程序。当星箭组合体快飞到夸贾林岛跟踪站上空时，推力为44.5千牛的火箭第二级再次点火，并工作92秒，很快把探路者送入176公里 ×3119公里的椭圆轨道。此时探路者已具有了飞往火星所需的逃逸速度的70%左右。

二级火箭关机并分离后，第三级周围的小火箭立即点火工作，使星箭组合体起旋，达到72转/分的自旋速度。随后推力为66.7千牛的有效载荷辅助舱（PAM）D上面级（第三级）星48固体发动机点火。此时的自旋速度比火星全球勘测者快12转/分，以帮助探路者建立起分离后的自旋速度。

第三级工作了87秒，把探测器加速到约11.2公里/秒的速度。该级工作刚结束时，星箭组合体的自旋速度已降到12转/分。在约800公里的高度上向上爬升时，探路者在分离弹簧的作用下从第三级上分离。此后，在轨道力学、地球自转和探路者自身飞行路线的共同作用下，探路者在地面上划出一道奇特的轨迹，由东向西突然来了个180度的U形大转弯，然后背向地球飞去。

在发射后两天，探路者上的推力器将把自旋速度减为2转/分，以使星跟踪器能更好地确定探测器的姿态，为第一次中段机动（定于1月4日前后进行）做准备。太阳敏感器的性能也在评定之中。

探路者最初的射向是按把该探测器刚好送到火星以下来设计的，目的是使PAM上面级不会落到该星球上并造成污染。第一次变轨迹机动将使这一“偏差”基本上得以消除，使探测器重新得到更精确的瞄准，以便准确着陆。

探路者重量较轻，并且是按能经受高速闯入火星大气的严峻考验来设计的，所以它可以沿5亿公里的1型轨道飞抵火星。1型轨道与火星全球勘测者所需的行程7亿公里的2型轨道有很大不同。火星全球勘测者必须通过缓慢而精心控制的空气动力制动进入火星轨道。轨道的不同使两者的旅行时间也有所不同。探路者只需要7个月就可到达火星，而火星全球勘测者需近11个月。探路者将在3月15日前后超到火星全球勘测者的前面。较短的行程还将使探路者能在火星距地球较近（约2亿公里）时到达火星，有利于在抵达初期同地面的无线电联络。火星全球勘测者9月份到达火星时地球与火星间的距离将拉开到2.5亿公里。

美国“火星勘测者计划”准备在下世纪初前向火星发射一系列轨道器和着陆器（探路者属于发现计划，而不属于火星勘测者计划）。但火星勘测者计划每年用于航天器研制的经只有约1亿美元。据称如果美国航宇局要实施旨在证实最近在陨石中发现的古火星生命证据的取样回送计划的话，每年的预算必须达到2亿美元上下的水平。

探路者这次着陆飞行在设计思想上与火星全球勘测者有着根本的不同。后者是利用已失败的火星观测者留下的备件制造的。探路者计划有以下几个主要特点：
（１）研制工作又快又省。探路者使美国恢复了对火星的着陆探测，而且既有着陆器，又有漫游车，但所花的代价却比两个海盗号上的计算机部分还低。它的研制工作仅用了3年时间，费用只有1.96亿美元（着陆器1.71亿美元，漫游车0.25亿美元）。加上0.55亿美元的火箭费用，总硬件费用才2.51亿美元。探测器上使用的IBM公司RS6000微处理器（128兆内存）性能要远远高于海盗号着陆器所用的计算机。
（２）着陆器设计适应性强。探路者选定气囊着陆设计是为了开发和试验新的着陆技术，使未来的着陆器能在地形条件比在火箭辅助下用着陆支柱着陆所要求的条件差的情况下着陆。
探路者将以7.6公里/秒的速度进入火星大气，此后其海盗号式的气动外形可把速度降到0.4公里/秒。打开阻力伞后速度将进一步降至54米/秒。 此后减速火箭点火工作2秒，使探测器在火星表面以上约21米处短暂悬停一会儿。探测器最终触地时的速度约为13米/秒，落地时由气囊进行缓冲。 到达火星表面上的探测器包括350公斤重的基地站（带太阳阵）、装在支杆上的一架相机、天气探测器以及漫游车。
气囊式的着陆设计按目前的资金水平只能用于相对比较简单的着陆装置。美国航宇局目前还正在继续开发火箭和支柱着陆系统并准备在由喷推实验室研制的1998火星勘测者着陆器上使用。
（３）携带了美国第一辆无人漫游车。探路者的太阳能漫游车重约10.4公斤，长0.66米，宽0.48米。在飞向火星过程中，它被压缩到只有0.2米高，在火星上展开后高度升到0.3米，行驶速度为0.4米/秒。

尽管探路者的漫游车是美国送往月球和各大行星的第一辆无人漫游车，但却不是世界上第一辆射向火星表面的漫游车。1971年前苏联的两个探测器火星2和火星3都曾携带漫游车抵达火星表面，遗憾的是火星2坠毁了，而火星3也在着陆后仅20秒就出了故障。与六轮的探路者漫游车不同，前苏联的漫游车采用的是滑移行走方案。另外，前苏联漫游车与基地站之间连有脐带，可以行驶到离着陆器15米的地方，而探路者是自主工作的。前苏联的漫游车带有土壤密度和承载强度测量仪器。

探路者在火星表面上将依靠3台放射性同位素加热装置来保持温度，每台装置中装有2.6克钚238。这些钚呈陶瓷状，包覆在金属内， 并由气动外壳防护，以保证这种核装置不会在发生事故时损坏并使钚外泄。另外，发射用的德尔它火箭的第二级和第三级上安装了声信标（类似于飞机的飞行数据记录器），以便于在发射失败的情况下确定核加热装置的位置。

带有核装置的俄火星96探测器去年11月17日发射失败后，俄方最初曾一度以为该探测器及其经过加固的钚放射性同位素热电发生器落入太平洋，但美国航天司令部的最新跟踪数据表明该探测器落在智利与玻利维亚接壤的一座城市附近。当地的目击者称他们目睹了一个火球从天而降的情景。

1997年7月4日，携带火星探路者的飞船进入火星大气层，由降落伞带着以每小时88.5公里的速度飘向火星表面，并在着陆前数秒钟打开九个巨大的保护气囊。17时07分火星探路者在火星降落，在密封气囊的保护下，经过一番弹跳翻滚之后，在火星表面停了下来。

着陆成功后，飞船打开外侧的三个电池板，重10公斤的6轮“旅居者”号火星车缓缓驶离飞船，落到火星地表。其行进路线是预先确定好的， 首先朝目标区西南部的一个长100公里、宽19.3公里椭圆形区域缓慢行进。 在探测区，经对由古代洪水冲刷形成的一个488平方米的小岛作详尽观察，科学家发现火星山谷平原暴发过多次洪水，并有众多由水冲击而来的圆形岩石，其中许多岩石沿同方向排列，表明它们受到同样水流的冲击。科学家推测当时洪水有数百公里宽，水流量为每秒100万立方米。

这次着陆既标志着火星长期以来无科学探测局面的结束，也将是美国航宇局今后10年一连串火星轨道和着陆探测任务的开始。在今后10年里，该局将再发射9颗火星探测器，并将最终于2008年把多达1公斤的火星岩石样本送回地球，从而将极大地丰富人类对该行星的了解。

一般来讲，空间操作似乎基本都是按某一例行程序一步一步地进行的，而探路者的进入、下降和着陆过程却不然。它采用了一些以前从未用到过的技术，包括直接进入火星大气着陆（而不是先进入一条环火星轨道），复杂的下降飞行过程，被动式的气囊着陆装置和装在四面体形星体一个侧瓣上的一辆微型漫游车。

从管理上说，仅用38个月的时间、利用有限的经费研制出来的探路者也有其独到之处，做到了又快又省。该项目采用了积极的并行工程与试验安排，满足了很紧张的研制时间要求。它基本上可以算是喷气推进实验室完全按“更孝更快、更省”的方针研制出的第一颗探测器，总费用2.65亿美元，包括着陆器与漫游车的研制费、使用德尔它火箭发射的费用、任务操作费用和少量的跟踪与数据支持费用。

一、飞行过程
探路者是去年1996n年12月4日由一枚德尔它-2运载火箭发射的。它7个月的巡航飞行过程进行得很顺利，从而使项目组的30～40名人员能够有时间演练在下降飞行过程中或在着陆后几天内出现问题时如何应付。巡航过程中进行了4次轨道修正机动。导航人员所了解的探路者的位置精度约为2.5公里，火星的位置精度为2～3公里；通过测量转发器信号往返时间而得出的与地球的距离的精度为约1米。

导航人员原准备在探路者进入火星大气前11小时和6小时安排两次进行轨道修正机动的机会，以对最终飞行路线进行调整。但在大气进入的前夜，他们得知着陆点有90%的把握将处在一块100公里×20公里的椭圆形区域内，而且与瞄准点很近，因此决定取消了大气进入前11小时的那次修正。但由于椭圆区的西南部有一个区域可能有危险，所以大气进入前6小时的那次修正机会还决定保留。然而，随着修正时间的临近，技术人员意识到这次至少0.2米/秒的机动可能正好把探测器引入另一块危险区，所以这次机动也被取消了。

太平洋夏季时间早晨约7时30分，巡航飞行过程中用于冷却电子系统的液体氟利昂被泄出，将在进入前首次启用的蓄电池被激活，多余的工程数据被从探测器的内存中清出，以腾出更多的空间处理火星表面图像数据。

进入前探路者从地面接收到的最后一个指令是使巡航级姿控系统停止工作。约9时30分，巡航级与探测器分离；约半小时后，探路者开始进入火星的上大气层。为了避免泄放冷却剂时产生热量积累和为表面探测工作节省电能，着陆器的发射机被关掉。

探路者的着陆器和气动外壳进入火星大气后，按预定程序完成一系列“高难动作”。大气进入后2～3分钟，直径7.3米的减速伞张开；20秒后， 防热罩由火工品分离。随后着陆器从其后壳上分离。防热罩的分离信号本应通过对探测器的载波频率进行调制来获悉（软件将载频由一个频率变为另一个频率，并持续15秒，然后再变回去），但地面实际上却并未收到这一信号。

着陆器与后壳分离后沿离心制动系统上的金属带下滑，以提供气囊展开所需的空间和在3台固体火箭发动机点火工作时与它们的排气流远离，同时增加稳定性。地面上收到了着陆器滑到一根吊绳的末端时探测器发出的信号。滑到吊绳末端后，雷达高度表启动，为气囊充气、后壳上火箭的点火和切断凯芙拉编织吊绳提供计时程序保证。雷达高度表在着陆前约32秒捕获到火星表面。着陆前约8秒，4组5.2米宽、各由6瓣组成的气囊在0.3秒内由气体发生器充到接近7千帕， 将着陆器裹住。固体发动机要工作2.5秒，应使着陆器在离火星表面15米时基本上停止下降。发动机点火的时机以及吊绳的切断时间取决于着陆器的乘伞下降速度。如下降速度快，发动机需要稍早些点火，而吊绳可在发动机即将燃烧结束前切断，使后壳升起后裹入伞中，而裹在气囊中的着陆器则自由落向火星表面。实际上，着陆器在气囊充气前的末段乘伞下降速度比预期的52～53米/秒快了约10米/秒。项目官员称他们本以为着陆器会在伞上再多停留2秒钟，但吊绳在发动机工作到2.4秒时就切断了。他们说着陆器开始自由下落时的高度为15～18米，落地速度为10.5米/秒，在正常范围以内。

着陆器落地后像沙滩球一样弹了几次。第一次的反弹力达18g，使着陆器弹起达15米高左右；第二次9g，弹起约7米多；第三次可能是由于探测器旋转起来的原因，反弹力为11g。

着陆器停止跳动后，发射机开机几秒，然后又关掉25秒，而后再重复这一过程。发射机信号的持续时间与着陆器在火星表面上的取向有关。从该信号情况判断，探路者是底部（而不是侧瓣）着地。这节省了通过打开着地的侧瓣而将着陆器正过来所需的时间。

着陆后3分钟内由一鞭状天线发出的信号表明着陆器完好无损。约11时35分，侧瓣打开。下午约2时01分，地面上收到了由装在绝热结构组件（ISA）顶部的全向低增益天线发出的载波信号。约2时07分，控制人员开始以40比特/秒的速率从该低增益天线接收有关着陆器及漫游车状态的数据。下午4时22分，对高增益天线的锁定完成。

着陆成功后，飞船打开外侧的三个电池板，重10公斤的6轮“旅居者”号火星车缓缓驶离飞船，落到火星地表。其行进路线是预先确定好的， 首先朝目标区西南部的一个长100公里、宽19.3公里椭圆形区域缓慢行进。在探测区，经对由古代洪水冲刷形成的一个488平方米的小岛作详尽观察，科学家发现火星山谷平原暴发过多次洪水，并有众多由水冲击而来的圆形岩石，其中许多岩石沿同方向排列，表明它们受到同样水流的冲击。 科学家推测当时洪水有数百公里宽，水流量为每秒100万立方米。

虽然着陆成功了，但随后还是出现了一些问题，影响了科学探测准备工作的进度。由着陆器发出的第一批图像没有全部被地面接收到，而从收到的图像看气囊材料离一块漫游车斜板（类似于飞机的舷梯，分前后两块）过近，致使漫游车被困在探测器上。在将侧瓣抬起45度，并让用于拖拉已放气的气囊的一部绞盘电机又转了5转后，问题才得到解决。据分析，绞盘最初可能没有缠动远处的气囊。另外，漫游车与着陆器间的通信也出现了问题，但经过努力，已不至于影响漫游车的运行。

二、着陆场
探路者的实际着陆位置由成像装置进行了测定，为北纬19.33度， 西经33.55度。这一位置比射前选定的瞄准点远了约30公里， 但在100公里的偏差要求之内。着陆器似乎最后落在一个土墩上，倾斜了2.5～3度。
科学家们从探路者的相机系统最初拍摄的图像看到，着陆点周围分布着大大小小各种形状的卵石。之所以选择在阿瑞斯谷内的这一地域作为着陆场，是因为这里是火星上一块相当平坦的区域，而且它的“海拔”高度相对较低，可使探路者的降落伞系统有更多的时间在火星稀薄的大气中使探测器减速。另外，这里离赤道较近，阳光辐射较强，有利于着陆器和漫游车的太阳能电池发电。
从科学上说，由于阿瑞斯谷是一场特大洪水形成的外流盆地，所以应有很多各式各样的岩石。探路者发回的图像证实了这一点。从这些图像上可以看到着陆场周围遍布着各类小岩石和卵石，表面类型丰富，远处还有300多米高的山峰和丘陵。科学家们正是利用地平线上的小山和其它地物特征来判断探测器的着陆位置的。

三、漫游车索杰纳
探路者所带的漫游车称为索杰纳，大小同微波炉相近，能在火星表面上行驶。它的名字源于美南北战争期间的废奴主义者索杰纳·特鲁斯，同时“索杰纳”在英文中也有“旅居者”的意思，所以也被译作旅居者。尽管前苏联曾在1970年和1973年成功地在月球上运行过两辆大型漫游车，但在地外行星上投入运行的，索杰纳却是首例。前苏联也曾在1971年把两辆漫游车送到火星上，但其中一辆坠毁，另一辆着陆后仅20秒就出了故障。
索杰纳长0.66米，宽0.48米，展开后高0.3米，重10公斤多， 有6个轮子，行驶速度很慢，有如蜗牛，设计速度还不到1厘米/ 秒。它携带了3台相机和一台阿尔法质子X射线光谱仪（APXS），由车顶的太阳能电池板提供电力，并依靠3台钚238放射性同位素加热装置来为电子设备保持温度。6个轮子是铝制的，前、后4个轮子可独立转动，因而可就地转弯。漫游车和着陆器间通过一特高频指令与遥测系统保持联络。

索杰纳在探测器着陆次日走下着陆器。4月6日，它开始使用APXS光谱仪对选定的火星岩石进行研究。它所研究的第一块岩石叫“藤壶嘴”，因其具有藤壶（一种水生甲壳动物）的特征而得名，大小和足球相仿。分析结果表明，这块岩石主要由石英、长石和正辉石构成，其中石英含量约占1/3。 石英是地球上许多岩石的主要成分，而长石和正辉石在地球上也很常见。科学家们对这块岩石与地球上岩石极为相似感到惊讶。他们推断，这块岩石由火山形成的可能性较大。
分析还表明，“藤壶嘴”与地球上一块编号为ALH84001的火星陨石在化学组成上具有相同的特征，由此说明这块陨石确属火星“来客”。去年8月，美国航宇局的科学家宣布他们在这块陨石情况中发现了表明火星上可能存在原始生命的证据。尽管不少人对这一结论表示怀疑，但人类对这颗红色星球上是否存在或曾经存在过生命的兴趣无疑更浓了。
在分析了“藤壶嘴”后，索杰纳又开始探测另一块岩石“瑜伽熊”。它的大小是索杰纳的4倍。按计划应在探路者在火星上着陆后的第4天对这块岩石进行探测，但由于索杰纳在接近“瑜伽熊”时与之发生了碰撞，致使地面科学家向它发出了停止工作的命令，加之后来又出现了通信故障，所以直到12日漫游车才完成了对“瑜伽熊”的探测。由于相距遥远，所以从地面发往火星和从火星发向地面的无线电信号要用11分钟的时间才能到达目的地，这意味着地面上的科学家和控制人员无法对索杰纳的活动进行实时控制，好在索杰纳的行动很缓慢。
分析结果表明，“瑜伽熊”的化学组成与“藤壶嘴”不同。它含有大量的镁，而“藤壶嘴” 的主要成分是石英。这说明火星上的岩石有多种多样。从7月15日传回的数据看，“瑜伽熊” 更像地球上的岩石，年龄也比“藤壶嘴”老。
索杰纳接着对与“瑜伽熊”相距10米左右的另一块岩石“斯库比·杜”进行了探测。科学家们之所以对这块岩石感兴趣，是因为它是迄今在火星上发现的第一块白色石头。索杰纳探测一块岩石少则需十几个小时，多则几天，而其设计使用寿命只有一周。但目前看来，它的实际使用寿命可达几周以上。

四、成果丰富
到7月中旬，探路者的着陆器和漫游车虽然还在继续工作，但此次火星探测计划已经基本 “大功告成”。这次探测已取得的成果基本上可以概括为以下几点：
（１）使人类对火星地表有了直观的认识
探路者已发回了数以千计的火星地表照片，其中包括许多近距离特写镜头和３６０度全景照片。人们从中得知，火星的阿瑞斯谷看起来就像是地球上的荒漠；同地球上一样，火星上也有山脉，有丘陵，有沟谷，还有陨石坑。
（２）使人类对火星岩石和土壤有了初步了解
火星上有的岩石在化学成分上与地球上的岩石非常相似，这使得科学家们非常吃惊。参与火星探路者计划的一位地质学家在分析了探路者发回的图像后认为，火星上有红、白、蓝三种颜色的岩石。他说，火星上的许多岩石都有两种颜色：迎风的东侧呈淡蓝色，背风的西侧呈土红色，而一些半埋在土中的岩石则呈白色。他分析说，蓝色可能是强风将岩石表面一层剥蚀掉后而露出的颜色，红色是火星上典型的颜色，可能是因为岩石表面上有一层红色的火星土壤，而白色则是由于这些岩石的主要成分为碳酸钙，即这些岩石是由碳酸钙形成的坚硬的钙质层。另外，索杰纳在探测器着陆点附近很小的区域内还发现了三种类型的土壤：一种为细质沙土，一种为硬质土，第三种为松散的粉状土。
（３）使人类对火星气候有了更深入的了解
火星目前是夏季。从测定结果来看，白天的地表温度约零下十几摄氏度，夜晚会降到零下７０多度。白天有微风。对发回的照片和数据进行的分析表明，火星可能与地球一样清晨有雾气，这进一步说明火星上有水存在。
（４）找到了一些支持“火星生命说”的证据
认为火星上有生命的说法主要有两个依据：一是火星上曾经有过水，二是在地球上发现的火星陨石中含有生物化石微粒。探路者着陆器拍摄的照片表明，几十亿年前火星的阿瑞斯平原曾发生过大洪水，从而证实了海盗号探测器２１年前的判断。科学家们认为，目前还不能就断定火星上曾经有过生命，还需要等今后的探测计划来证实。