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利用航天器对火星进行的各种探测。火星是地球的天然卫星,成为人类对空间探测的重要目标,目前主要是美国对火星进行探测,积累了一定的资料,加深了人们对火星的认识。
近段时间,“火星热”持续升温,多个国家纷纷公布火星无人探测或载人探测计划,率先实现载人登月的美国坐不住了。据英国媒体近日披露,美国宇航局已拟订宏伟的太空发展战略,计划2031年实施人类第一次登陆火星工程。
分析人士认为,美国如此急着抢先派人登陆火星,除了要实现火星巨大的军事价值,还有牵制中俄、削弱中俄在太空领域影响力之意。
将在火星上生活一年多
飞船将种植蔬菜和水果
据英国广播公司近日报道,美国宇航局拟订了载人登陆火星的新计划,打算在2031年2月派宇航员远征火星。
同为太阳系八大行星之一,火星与地球相邻,离地球最近距离约5500万公里。按照美国宇航局的新计划,重达400吨的载人飞船从地球飞到火星,将需六七个月的时间,加上在火星停留及返回,整个过程约需30个月。
据悉,载人飞船将由3到4枚新型重型运载火箭“战神”-5从地面发射到地球低轨道后组装而成。“兵马未到,粮草先行”,宇航员登陆火星前,美国宇航局将分别于2028年和2029年向火星发射货运登陆舱和星面居住舱,为宇航员在火星上登陆和工作做准备。
“战神”-5正在研制当中,如果研制成功,这将是美国载荷最大的运载火箭。这种火箭使用先进的低温燃料推进剂,可把140吨载荷运送到地球低轨道,也可把大约70吨载荷运往月球。
美国宇航员登陆火星后,将在星面居住一段时间,最多可达16个月。期间,宇航员将使用核能为工作和生活提供所需的动力。由于火星没有空气和水,宇航员登陆火星时,将使用“密闭循环”生命维持系统,不断循环使用空气和水。为了在火星上长期生存,飞船还将种植一些蔬菜和水果,供宇航员食用。同时,也让宇航员有一种生活在地球上的感觉,有利于身心健康。
鉴于这将是人类最为复杂的太空远征,美国宇航局还计划在月球上对登陆火星进行预演,以确保万无一失。
军事价值极为可观
躲开任何对手监视
对美国来说,如果宇航员在火星上登陆成功,将具有极大的军事价值。它意味着美军拥有了世界上最强大的太空巨型运载火箭,可以把一定数量的部队运到太空,组成威力非凡的天军。例如,太空巨型运载火箭可以帮助美军在距地球38万公里之远的月球建立军事基地。月球军事基地建成后,美军便可对全球任何国家展开侦察,也可对任何敌国实施突然袭击。不仅如此,美国天军还可以对敌国未来月球基地展开侦察和偷袭作战。
一旦宇航员登陆火星成功,也可以让美国在其它太空领域展开军事部署。这种太空军事部署几乎可以躲避地球上任何对手的监视和侦察,并对敌国在太空的各种飞行器展开攻击,包括军用卫星和飞船等。多年来,一些国家主要依靠太空卫星进行通讯和侦察,如果军用卫星被袭击,这些国家便很可能成为“聋子”和“瞎子”。
而对地球敌国的偷袭作战一旦展开,敌国战略目标很可能遭到毁灭性打击,包括战略导弹部队、指挥中心和大型军事基地等。例如,洲际导弹是一些国家最有战略威慑的武器。然而,洲际导弹部队很容易被太空美军发现,随时遭到致命空袭。届时,美国将成为全球拥有绝对优势战略导弹力量的国家。此外,由于天军可在太空中隐蔽部署,还能够快速穿越大气层奔袭,具有极大的战略威慑作用。
火星征程充满风险
巨额费用尚未落实
有关研究表明,火星是地球之外最适合生命存在的星体,拥有许多与地球相似的环境,包括大气层、风沙和四季等。火星因此被称为地球的“孪生兄弟”。但是,火星毕竟是人类尚未十分熟悉的星体,存在许多未知数。美国虽然拥有世界最为先进的太空探索技术和强大的经济实力,但火星征程仍然充满风险。
火星表面的辐射极为强烈,宇航员需要有力的防护措施,否则就会危及健康。此外,宇航员在火星上长期居留,很可能受伤或者生病,诊断和治疗将成为一大难题。如果无法得到及时治疗,宇航员就可能难以安全返回地球。因为飞船运载能力有限,如果要配备医生,则最好是全能的医学专家,要掌握包括内科、外科和心理等各个方面的医术。
还有,从地球到火星的航程极为遥远,飞船难以携带各种所需物品,宇航员在火星上的后勤补给将面临极大困难。一旦飞船一些部件出现技术故障,宇航员很可能不得不自己维修,甚至自己制造一些部件替换。火星与地球之间的通讯也需要时间,两者即使进行无线电信号发送,也需要40分钟,一旦宇航员在火星上出事,很难得到地球地面站的及时指导,而只能依靠自己做出判断和采取自救措施。
最后,宇航员登陆火星还有一个不可逾越的最大问题:费用。据美国宇航局估计,整个火星登陆工程最少需要200亿美元,最多需要4500亿美元。这笔费用还没有得到国会批准。美国宇航局早在1987年就曾提出登陆火星计划,但因耗资数千亿美元遭到政府强烈反对。时隔两年后,乔治·布什总统又宣布,计划2019年前登陆火星。然而,同样因耗资达4500亿美元再次遭到国会强烈反对失败。
新闻分析/comment 企图削弱中俄太空影响力
路透社近日报道称,美国正在设法确保自己作为超级大国在太空探索中的领先地位。
分析人士认为,一旦美国宇航员成功登陆火星并展开工作和生活,无疑将是人类具有历史意义的太空事件,极大增强美国在全球的影响力,包括太空探索的领先地位,并进一步确保美国作为世界惟一超级大国地位。美国宇航局此举,也有防止俄罗斯和中国在太空探索中赶超美国,降低中俄在太空领域影响力之意。
3月26日,中国国家航天局与俄罗斯航天局在莫斯科签署协议,双方将于2009年联合对火星及其卫星“火卫一”进行探测。根据合作协议,俄方的“火卫一土壤样品返回”空间飞行器(简称“福布斯探测器”)与中国第一个火星探测器“萤火一号”将由俄运载火箭同时发射。据悉,“萤火一号”大约2010年9月飞抵火星轨道,之后将进行长达一年的科学探测,向地球发回中国第一张火星照片。福布斯探测器将在“火卫一”表面着陆,并提取该卫星的土壤样品返回地球。
除了火星探测,俄罗斯也在加紧准备宇航员登陆火星的工程。为了给火星之旅做准备,今年6月,俄罗斯便开始与欧空局合作,挑选志愿者在封闭环境中进行520天的模拟火星飞行试验。今年8月31日,俄罗斯新闻通讯社引述俄罗斯联邦航天署署长佩尔米诺夫的话称,俄罗斯计划在2035年后,派宇航员登陆火星。
而早在2003年5月,俄罗斯《真理报》便透露,莫斯科医学生物研究所一直秘密进行宇航员登陆火星的医学研究。该所一名副所长表示,如果进行国际合作的话,宇航员可在2020年前后登上火星。不过,俄罗斯虽然宣布了宇航员登陆火星的计划,但届时能否顺利实施,目前仍然是个未知数。俄罗斯有人估计,宇航员登陆火星工程将耗资1000亿美元左右,而俄罗斯近年来经济刚有所好转,每年太空活动经费有限。
据悉,中国一位航天专家曾分析说,中国可能在2040年前后进行载人火星探测,2099年左右在火星建立活动基地。(聂云)
背景/background 55年前,美国就计划登火星
美国是世界上最早拟订宇航员登陆火星计划的国家。早在1952年,美国火箭设计大师冯·布劳恩就曾提出建议:向火星发射多艘飞船,把几十名宇航员送上火星。然而,该计划由于技术等方面限制,没有得到政府的批准。
1957年10月,苏联把人类第一颗人造卫星送入太空。美国很快也发射了自己的第一颗卫星。1962年11月,苏联发射人类第一颗火星探测器,但因技术原因失败。1965年,奋起直追的美国就向火星发射了探测器。之后,美国加紧准备人类首次登月工程,还再次计划派宇航员登陆火星。
美国于1969年7月登月成功后,副总统阿格纽曾支持载人登陆火星的计划。宇航局打算于1981年11月用两枚核动力巨型火箭把两艘几百吨重的飞船推往火星,并于次年把8名宇航员送上火星停留一个月。然而,由于耗资巨大,该计划遭到时任美国总统尼克松和国会的反对。1971年5月19日,苏联实施人类探测器首次登陆火星的行动。1976年,美国探测器首次登陆火星,发回数万多张图片。
2004年,美国总统布什宣布,将于2020年前重返月球。由于美国拥有世界实力最强的太空探索技术,许多人当时就认为,美国很可能要派宇航员登陆火星。 |
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火星是太阳系八大行星之一,按离太阳由近及远的次序排列为第四颗。在太阳系八大行星之中,火星也是除了金星以外,距离地球最近的行星。大约每隔26个月就会发生一次火星冲日,地球与火星的距离在冲日期间会达到极近值,通常只有不足1亿千米,而在火星发生大冲时,这个距离甚至不足6000万千米。火星冲日意味着这时可以使用较小花费将探测器送往火星,所以人类的火星探测活动通常也会每隔26个月出现一次高潮。
到目前为止,火星是除了地球以外人类了解最多的行星,已经有超过30枚探测器到达过火星,它们对火星进行了详细的考察,并向地球发回了大量数据。同时火星探测也充满了坎坷,大约三分之二的探测器,特别是早期发射的探测器,都没有能够成功完成它们的使命。但是火星对于人类却有一种特殊的吸引力,因为它是太阳系中最近似地球的天体之一。火星赤道平面与公转轨道平面的交角非常接近于地球,这使它也有类似地球的四季交替,同时,火星的自转周期为24小时37分,这使火星上的一天几乎和地球上的一样长。 |
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60年代
人类使用空间探测器进行火星探测的历史几乎贯穿整个人类航天史。几乎就在人类刚刚有能力挣脱地球引力飞向太空的时候,第一个火星探测器也开始了它的旅程。最早期的探测器几乎都失败了,而火星探测也就是在一次又一次的失败中不断前进。
1960年10月10日,前苏联向火星发射了第一枚探测器。紧接着就在四天以后,第二枚火星探测器升空。然而这两枚火星探测的先行者却连地球轨道都没能到达。
1962年10月24日,当火星又一次运行到合适的位置时,前苏联的第三枚火星探测器升空了,然而这次它也是仅仅到达了环绕地球轨道而已。1962年11月1日,前苏联向火星发射了火星1号,这枚探测器成功进入了前往火星的轨道,并且计划于1963年6月19日到达火星,然而当1963年3月21日它飞行到距离地球1.06亿千米的距离时,却与地面永远失去了通信联系。三天以后,前苏联的又一枚探测器升空,这枚探测器同样面临着失败的命运,仅仅到达环绕地球轨道,此后火箭未能再次成功点火,两个月后堕入地球大气层烧毁。
1964年,美国也先后向火星发射了两枚探测器水手3号和水手4号。水手3号于12月5日发射升空,是美国发射的第一枚火星探测器,然而探测器的保护外壳未能按预定计划成功与探测器分离,导致探测器偏离轨道,最终导致失败。水手4号于12月28日发射升空,这是有史以来第一枚成功到达火星并发回数据的探测器,水手4号于1965年7月14日在火星表面9800千米上空掠过火星,向地球发回了21张照片,此后又在环绕太阳轨道上花费三年时间对太阳风进行探测。水手4号发回的数据表明火星的大气密度远比此前人们认为的稀薄。
前苏联也于1964年11月30日再次向火星发射了探测器,但是这枚探测器再次以失败告终,它虽然最终到达了火星附近,但是却没有能够向地球发回任何数据。
1969年美国向火星发射了水手6号和水手7号。前者于2月24日发射升空,7月31日抵达火星。后者于3月27日发射升空,8月5日抵达火星。这两枚探测器携带有更先进的仪器和通讯设备,它们成功掠过火星,对火星大气成分进行分析,并发回了大量照片。
前苏联也于1969年向火星发射了两枚探测器,然而这次甚至比此前的情况更加糟糕,第一枚探测器在发射后7分钟因发动机故障发生爆炸,而另一枚探测器发射后不到1分钟就坠向了地面。
70年代
1971年,美国向火星发射了两枚探测器,尝试进入火星轨道,环绕火星飞行,以获取火星的高清晰照片。5月8日,水手8号发射升空,几分钟后因火箭故障坠入了大西洋。5月30日,水手9号发射升空,这是有史以来第一枚成功进入环绕火星轨道的探测器,取得了空前的成功。水手9号于1971年11月14日到达火星,在火星轨道上工作了将近一年之久,发回了7329张照片,覆盖了火星表面超过80%的部分,同时还对火星的两颗卫星进行了探测。
前苏联在1971年向火星发射了三枚探测器。第一枚探测器于5月10日发射,包括一个轨道器和一个着陆器,尝试在火星表面着陆,但实际上它仅仅到达了环绕地球轨道,按照计划,探测器应该在地球轨道上停留1.5小时,然后点火向火星进发,但是由于失误,结果它的计时器要等上1.5年向火箭发出这个点火指令,这枚探测器后来被称为宇宙419号,因为前苏联事后否认这枚探测器将要前往火星。火星2号和火星3号是前苏联当年发射的另外两枚火星探测器,与宇宙419号的设计几乎完全相同,分别于5月19日和5月28日发射升空,火星2号于12月27日到达火星后不久便与地球失去了联系,而火星3号的轨道器没有成功,但是其着陆器却成为了有史以来第一个成功在火星表面着陆的探测器,虽然它仅仅火星上工作了大约20秒,甚至没能发回一张完整的照片就永远与地球失去了通信联系。
前苏联在1973年连续向火星发射了四枚探测器,但是都没有完成它们的探测任务。火星4号于1973年7月21日发射升空,火星5号于1973年7月25日发射升空,它们分别于1974年2月10日和1974年2月12日到达火星附近,火星4号没能成功进入环绕火星轨道,而火星5号则在进入环绕火星轨道不久后就丢失了。火星6号和火星7号都携带有轨道器和着陆器,它们分别于1973年8月5日和1973年8月9日发射升空,然后分别于1974年3月12日和1974年3月9日到达火星附近,火星6号的着陆器成功进入了火星大气层并打开了降落伞,然后就丢失了,而火星7号甚至还没进入环绕火星轨道就丢失了。
80年代
以火卫一的名字命名的福波斯1号和福波斯2号探测器分别于1988年7月7日和1988年7月12日发射升空,这是继1973年失败后,前苏联又一个火星探测计划。然而尽管相隔15年之久,这两颗探测器依然没能逃脱失败的命运,福波斯1号于1988年9月2日在飞往火星的途中失去联系,而福波斯2号则在1989年3月27日探测器进入环绕火星轨道后不久与地球失去了通信联系,它所携带的着陆器也没能在火星表面着陆。
90年代
经过多次推迟,美国的火星观察者探测器于1992年9月25日发射升空,开始了它前往火星的旅程。一切似乎进展得相当顺利,然后就在它几乎就要到达火星的1993年8月21日,当准备点火进入环绕火星轨道时,与地球失去了通信联系。
1996年12月7日,美国的火星环球勘测者探测器发射升空,这枚探测器持续运作了10年,最后在2006年11月5日失去讯号联络,它是最成功的火星任务之一。
1996年12月16日,俄罗斯发射了火星96号探测器,探测器进入地球轨道后未能成功点火进入前往火星的轨道,不久后在坠入太平洋而宣告失败。
1998年底和1999年初发射的四枚探测器最终都以失败告终,包括日本的希望号探测器、美国的火星气候轨道器、火星极地登陆者和深空2号。 |
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火星拓荒者
火星拓荒者(Mars Pathfinder、MPF)是美国国家航空航天局的1996年火星探测计划,紧接在火星全球探勘者号升空之后发射,也是历史上第3次在火星表面软着陆。火星拓荒者
美国国家航空航天局的火星探测计划长期致力于对火星这颗红色行星进行无人探测,火星拓荒者是这一系列无人探测计划的一个组成部分。
火星拓荒者于1997年7月4日在火星表面着陆。它携带的索杰纳号火星车,是人类送往火星的第一部火星车。
火星全球探勘者号
火星全球探勘者号(Mars Global Surveyor)是美国国家航空航天局的火星探测卫星,也开启新一波的火星探测计划,于1996年升空,并在2006年结束任务。火星探测漫游者
2001火星奥德赛号
2001火星奥德赛号(2001 Mars Odyssey)是美国国家航空航天局的火星探测卫星,主要任务是寻找水与火山活动的迹象,于2001年升空。这次任务的名称是根据电影《2001太空漫游》来命名的。
2001火星奥德赛号火星探测漫游者
火星探测漫火星全球探勘者号游者(Mars Exploration Rover, MER)是美国国家航空航天局的2003年火星探测计划。这项计划的主要目的是将勇气号(Spirit, MER-A)和机遇号(Opportunity, MER-B)两辆火星车送往火星,对火星这颗红色行星进行实地考察。
火星勘测轨道飞行器
火星勘测轨道飞行器(Mars Reconnaissance Orbiter, MRO)是美国国家航空航天局的2005年火星探测计划之一。这项计划的主要目的是将一枚侦察卫星送往火星,以前所未有的分辨率对火星这颗红色行星进行详细考察,并且为往后的火星地表任务寻找适合的登陆地点,同时为这些任务提供高速的通讯传递功能。这项计划预计将在火星轨道运行至少四年,并且成为火星的第四个正在使用中的人造卫星火星勘测轨道飞行器
凤凰号火星探测器
凤凰号(Phoenix)是美国国家航空航天局的2007年火星探测计划。这项计划的主要目的是将一枚着陆器送往火星的北极地区,对火星的极地环境进行探测。
凤凰号凤凰号将在防热盾、降落伞与火箭推进器的协助之下,缓缓降落在火星冰封的地表上,然后利用太阳能电池板蓄积的电力,伸出长约2.3米的机械手臂向下挖掘,并将挖掘所得的土壤样本送回凤凰号,以先进的仪器对土壤中的水冰加以分析。这项计划共耗资四亿两千万美元。
凤凰号的目的是寻找火星北极土壤中可能存在的生命特征,对浅层地下的水冰进行研究。凤凰号已经在美国东部时间2007年8月4日5点26分于佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地成功发射,由三角洲二号运载火箭所运载于2008年5月25日成功着陆火星。凤凰号是继海盗二号在1976年之后,唯一未使用气囊缓冲技术而成功登陆火星的太空船。
2008年11月,凤凰号与地面控制中心失去联络。 |
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2009年
美国国家航空航天局与麻省理工学院合作的火星科学实验室将于2009年12月启程前往火星,它将在火星表面着陆,并且拥有六个轮子,拥有前所未有的机动性能,并且使用核能提供电力,至少在火星表面工作一个火星年的时间。同时,火星科学实验室还将携带各种先进的仪器,它将配有200万像素的主照相机,配合10倍光学变焦镜头和三色真彩色感光能力,将可以拍摄到超高清晰度的全景照片,同时这部相机还将内置MPEG-2硬件视频压缩能力,可以拍摄每秒10帧的高清晰视频,相机本身将配有至少256MB内存和8GB闪存以暂时保存拍摄的照片和视频,配合火星通信轨道器提供的基于激光通信的超高带宽支持,火星科学实验室将会使现在正在火星上工作的双胞胎火星车勇气号和机遇号相形见绌。
2011年
在2011年,美国国家航空航天局预计将进行第二次火星侦察任务。这次任务预计将是个双重任务,因为美国国家航空航天局将同时把两个不同的计划送往火星。目前美国国家航空航天局尚未决定要将哪两个计划送往火星,一些可能获选的计划包括了(每位任职于美国国家航空航天局的科学家只能选择一个计划):
Artemis 这个计划将从绕行火星的母船中发射碟形登陆器登陆火星,每个直径两英尺,最多可能发射四个。每个登陆器将利用降落伞的方式登陆火星表面,并分析火星土壤与大气。四个登陆器其中的两个预计将登陆在火星的极地区域。 CryoScout 这个计划将建造一个鱼雷外型的探测器,并且利用喷嘴加热的方式融化火星极地的冰冠。探测器预计将深入地表100码(91米),并且分析这些融化的水以判断火星极地的状态。 KittyHawk 这个计划预计将建造三台或四台滑翔机,滑翔机翼展约六呎(1.83米),并且探测水手峡谷。这些滑翔机将携带红外线频谱仪与照相机。 Naiades 本计划的命名由来为希腊神话中居住在山林水泽中的女神。这个计划预计将两台登陆器送往可能含有地下水的区域,并且使用低频电磁与其他装备探测火星是否有地下水存在。 Pascal 本计划预计制造24台小型气象观测站,并且将其散布在火星各地。 Urey 本计划预计包含登陆器/探测车两者,以研究火星岩的年龄。计划预计将针对Cerberus高原一带进行研究,并且将会寻找特定的矿物,以帮助科学家研究火星上的陨石坑与月球上的陨石坑的不同点。2011年以后
美国的火星样本取回任务计划将于2013年实施,计划于2016年将半千克左右的火星土壤和岩芯样本送回地球作进一步研究。这个计划包括一个环绕火星轨道运行的返回装置和一到两个着陆装置,着陆装置可能配备有可以小范围移动的火星车,如果那时火星科学实验室仍然可以工作,可能也会利用火星科学实验室在大范围内提前采集样本,或者再发射一枚类似火星科学实验室的火星车用于这个目的。采集样本以后,样本将会被一枚小型火箭发射到火星轨道,与返回装置对接,这个对接也可能不只一次,然后由它将样本一次性送回地球。
2018年的火星任务将是一个着陆器,用于寻找火星上可能存在生命的证据。
2020年代将会有更多的样本返回任务实施,用于将火星样本送回地球。
2037年
在于印度南部城市海得拉巴举行的第58届国际宇航联合会大会上,美国宇航局宣布计划在2037年派宇航员登上火星,而不是之前传闻的2031年。 |
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中国火星探测计划是中国第一个火星探测计划,中国航天局会与俄罗斯联邦航天局合作共同探索火星。将于2009年10月发射的萤火一号将会是计划的首颗火星探测器。
整个计划共分四个阶段:
阶段1:(现在到2009年)会对第一次任务进行充足准备,包括定立探测目标、技术研发和寻求国际合作。
阶段2:(2009年后)已发射的卫星将探测火星环境,所得的数据用作火星软着陆之用。
阶段3: 发射火星着陆器并携带一辆火星车,在火星上软着陆。
阶段4: 成立火星表面观察站、发展飞行器穿梭地球与火星、并且建立火星基地供机械探测器进入。此阶段的最终目标是为将来人类登陆火星提供基础,令人类可在火星观察站中观察火星。
萤火一号
萤火一号模型萤火一号(YH-1)是中国火星探测计划中的第一颗火星探测器,作为中俄航天合作项目之一,计划于2009年10月和俄罗斯的“福布斯-土壤”萤火一号(Phobos-Grunt)卫星一起搭载联盟号运载火箭从拜科努尔航天中心发射升空。大约经历10至11个半月的飞行后,进入火星轨道。萤火一号主要研究火星的电离层及周围空间环境,火星磁场等。2008年4月完成初样并公布于众。2009年6月完成正样并赴俄罗斯联合测试。
设计参数为:
尺寸:750×750×600 mm 重量:110 kg
功率:90 W(平均)180 W(峰值)
数据传输速率:80 bit/s
2 x 3块太阳能电池板,全长7.85米 |
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印度准备在2012年至2013年之间发射火星探测器,参加火星探测的全球竞争与合作。 |
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日本希望号火星探测器于1998年7月3日发射升空,是日本第一个火星探测器,也使日本成为世界上第三个发射火星探测器的国家。
日本火星探测器希望号在艰难地飞行了5年之后,最终于2003年12月9日被放弃。至此,日本的首次火星探测行动宣告失败。
日本目前尚无探测计划。 |
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美国 | 宇航局 | 火星机器人 | 火星 | 探测器 | 航天 | 美国宇航 | 无人探测器 | 火星车 | 机器人 | 火卫一 | |
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火星探测器 | 火星探测车 | 火星探测漫游者 | 机会号火星探测器 | 精神号火星探测器 | 希望号火星探测器 | 勇气号火星探测器 | 弗伯斯2号火星探测器 | 美国凤凰号火星探测器 | 俄科学家发明新型星际“指南针”将用于火星探测 | |
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