美國火星探測有成功也有失敗，比如火星氣候探測器和火星極地著陸者就是兩個典型的失敗案例，他們的經驗教訓是值得注意的。尤其是火星極地著陸者，通過把多方材料整合，經過深入研究發現，他們預設的登陸過程是很精彩的，我已經把它理清出來了。究竟是什麼原因失敗，究竟是什麼原因造成通訊中斷，值得思索。
NASA的「火星勘測98計劃」包括2個探測器，即「火星氣候軌道器」(MCO)和「火星極地著陸器」。根據計劃，這2個探測器將幾乎同時到達火星，對火星大氣、氣候和表面特性進行同步測量。
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（美）火星探測98計劃之
火星氣候探測器
火星氣候探測者號（Mars Climate Orbiter）是美國國家航空航天局的火星探測衛星，也是火星探測98計劃的一部分。總成本是3億2760萬美元。任務目標是監測火星大氣塵埃和水汽，繪製火星氣候變化演變圖。
火星氣候探測者號在1998年12月11日發射， 順利進入霍曼轉移軌道，並被送往6億6900萬公里外的目標 ，奔向火星，預計於1999年12月3日登陸火星後，與地球建立通訊。
美國國家航空航天局在火星觀察者號任務失敗後，因為未來國際太空站建造成本上升，所以開始尋找更便宜、更小型的解決方案來進行星際探測任務。新探測方案中的第一個探測任務是1996年發射的火星全球勘探者號，用來繪製火星地圖，並使用火星觀察者號搭載的設備來獲得地質數據。
在火星全球勘探者號升空後，火星氣候探測者號搭載兩台儀器準備前往火星，用它來研究火星大氣層、火星氣候及火星地表，並幫助火星極地著陸者號與地球來通訊。
不過後來在1999年9月23日進入火星軌道的過程中失去聯絡，隨後墜入火星大氣燒毀，任務失敗。當時探測器已經進入火星的另一側，但是它與地球通訊從未重新建立。
探測器由於人為錯誤，導致探測器在低於預期的高度接近火星，最終因為大氣層的壓力解體。後來的火星偵察軌道器才完成火星氣候探測者號的預期目標。
火星氣候探測者號任務失敗的主要原因是人為因素，因為火星氣候探測者號上的飛行系統軟體使用公制單位牛頓計算推進器動力，而地面人員輸入的參數則使用英制單位磅力，導致探測器進入大氣層的高度有誤，最終瓦解碎裂。NASA在此後的所有任務中小心地避免這個因計量單位混淆所造成的錯誤。
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（美）火星探測98計劃之
火星極地著陸者號
（火星極地著陸器）
火星極地著陸者號（Mars Polar Lander），美國國家航空航天局的火星探測衛星，由噴氣推進實驗室研製，是火星探測98計劃（Mars Surveyor '98 mission）的一部份，任務目標是在火星表面部署1個著陸器和2個穿透器(深空-2)，對火星表面過去和現在的水資源講行探測。火星極地著陸者號將搭載深太空二號（Deep Space 2）探測器升空，預計登陸火星南極。
一、任務概況
1999年1月3日發射， 1999年12月3日到達火星。按照計劃，「火星極地著陸器」進入火星大氣後將釋放2個穿透器．使其以200m/s的速度撞擊火星表面，鑽取火星表層以下土壤進行分析。在火星南極登陸後，進行火星氣候等3項科學研究。飛行器在執行著陸過程後沒有按原計劃向地球發回任何信息。經地面工作人員盡力聯繫，終告失敗。探測器是在準備進入火星大氣前6分鐘與地面失去聯繫的，隨後墜毀在火星表面。調查表明，失敗原因很可能是發出了錯誤的信號，使制動發動機提前關機，結果導致探測器下降速度過快而墜毀在火星表面。
二、結構儀器、性能參數
探測器由巡航級和著陸器組成。其中著陸器質量為293kg，主結構為六邊形，3條鋁合金著陸腿，2個太陽翼， 2m長機械臂，中增益碟型天線和UHF天線。
巡航級裝有4個肼燃料推進模塊。巡航期間通過巡航級上的X頻段中增益天線與地面通信，著陸器通過UHF天線與「火星氣候軌道器」通信，再由後者將數據傳回地球。
探測器有效載荷包括火星下降成像儀、立體成像儀、機械臂相機、氣象學儀器包、熱和析出氣體分析儀、雷射測距儀、火星揮發物和氣候儀器包。
三、任務經過
（一）、發射。1999年1月3日在卡納維拉爾角使用德爾塔-2運載火箭發射，順利進入為期11個月的軌道，朝火星前進。
（二）、巡航。飛船以每秒6.884公里的速度前往火星，途中被包裹在減速傘內部，同時與地球進行聯繫，這時期也被稱為巡航階段。
（三）登陸火星
1、飛船於1999年12月3日到達火星上空，工作正常，開始準備登陸。在準備進人火星表面6.5h前，進行了最後一次軌道修正。
2、在進入大氣層前6分鐘，飛行器由程控的火箭噴射器開啟80秒，調整到降落姿態，以適當的角度進入大氣層。此時按照飛行計劃，飛行器的天線偏離地球指向，信號自然消失，通訊暫時中斷，巡航階段結束。
3、火星極地著陸者號以每秒6.9公里速度通過大氣層。摩擦產生的溫度會高達攝氏1650度，防熱盾保護它不受損害。防熱盾會在火星上空125公里處開始運作。著陸器將利用防熱盾與大氣摩擦來減速，此階段約持續116公里。
4、在進入大氣層三分鐘後，速度減慢至每秒496米。防熱盾脫離探測器後，減速傘展開，此時距離地表8.8公里。
5、減速傘讓探測器速度減緩至每秒85米後，在2500米高度 測高雷達開始工作，偵測地表，尋找最佳登陸地點。
6、當著陸器到達火星表面1500m的上空時，著陸器的3條機械腿展開。
7、在1200m的高度，著陸器與降落傘分離，同時反推火箭發動機開始制動。
8、反推火箭發動機著陸時在系統控制下立即關機。在著陸器的每條機械腿上都有1個霍爾效應磁傳感器，用來感受著陸器是否已經觸及火星地面，並在觸及地面的50ms內關閉反推火箭發動機，從而完成著陸的過程。
（四）通訊失敗。
著陸器計劃在12月3日12時14分登陸南極高原，並且在24min後與地球連接，發送45min的數據。但是，地球上再沒有收到任何信號。地面工作人員與登陸器取得聯繫的努力一直持續到2000年1月17日，均無效果。
火星極地著陸者號最後一次將遙測數據傳抵地球時，正結束巡航階段，準備進入大氣層。後來，美國國家航空航天局並未取得任何訊號。他們利用火星全球探勘者號拍攝預計的登陸地點，拍到了一個可能是火星極地著陸者號的物體，但是火星偵察軌道器後來排除了。美國國家航空航天局無法跟探測器取得聯絡。
美國國家航空航天局不清楚通訊失敗的因素，然而失敗審查委員會認為很可能是程式發生錯誤，所以逆噴射引擎在距離地表40米的地方關閉，導致火星極地著陸者號墜毀在火星表面。
四、火星極地著陸者任務計劃詳解
「火星極地著陸者」發射後，經過11個月的飛行，按計劃於12月3日在火星著陸，並在90天的時間裡對火星進行考察，獲取土壤樣品，然後運用艙上攜帶的兩個小型"深空二號"實驗室，對火星地表與土壤進行一連串實驗，以進一步了解火星是否適於人類未來定居。
從技術上說，不論碰見什麼地形，火星極地著陸者都能保證行走狀態，即使傾翻後，也因特殊的結構設計，在重力的的作用下使自己恢復到行駛狀態，這個設計很巧妙。這個無人探測器高約1米，長寬各約3.6米，有3條支撐腿和一個長約2米的機械臂。機械臂前端裝有一個用來獲取火星表面土壤的鏟子。
為了揭開火星的神秘面紗，美國宇航局制定了一個長期的火星探測計劃。1996年，美國將「火星探路者」送上太空，發回大量火星照片。9個月後，美國宇航局的「火星全球測量者」進入火星軌道，開始為火星繪製地圖。第一階段火星探測至此功德圓滿。三個月前焚毀的「火星氣象探測器」和即將著陸的探測器「火星極地著陸者」是進行火星第二階段探測的內容。
火星極地著陸者 ，它從火星表面鏟起的土壤將被放入探測器內加熱，如果裡面含有水分就會被蒸發出來。該探測器還攜帶有一個微型麥克風，用於收聽火星上的聲音。如果一切順利，這將是人類第一次收聽到地球以外的行星上的聲音。
「火星極地著陸者」還裝備著一對小探測器。它們在著陸之前幾分鐘將會同母體探測器分離，並以每小時743公里到804.5公里的速度離開，鑽入火星表面以下約1米深的地方尋找地表下的水。美國宇航局對這兩個小探測器能否經受住著陸時的衝擊力並發回數據還沒有把握。
為什麼選擇南極登陸？
科學家認為那時正是火星南半球的春季，著陸地點陽光照射充足，這將有利於探測器獲取太陽能。「火星極地著陸者」著陸的目標區域長約200公里，寬約20公里。之所以選擇火星南極冰蓋地區著陸，是因為這裡沒有陡峭的岩石和參差的山峰，而且這個著陸點還具有不同厚度的塵埃層和冰層，因而含有氣候變遷的記錄。
五、發現殘骸
美國宇航局一艘飛船「火星極地著陸者」1999年在進入火星大氣層時「失蹤」。美國科學家麥可·馬林在即將出版的新一期《天空與望遠鏡》雜誌上報告說，通過重新檢查美國「火星環球勘探者」探測器上一台相機於1999年和2000年拍攝的照片，他發現了「火星極地著陸者」著陸時使用的降落傘。距降落傘幾百米遠的地方是一片被擾亂的地帶，該地帶中央有一個較大的標記。馬林認為，這可能就代表著「火星極地著陸者」飛船的殘骸。當時「火星極地著陸者」穿越火星大氣層和打開降落傘的過程基本上是成功的，災難發生在著陸前很短的一段時間裡。 美宇航局幾年前公布的事故調查報告認為，原計劃在火星南極著陸的「火星極地著陸者」在著陸前發動機過早關閉，結果導致了飛船墜毀。他說，今年晚些時候，美宇航局「火星環球勘探者」探測器將對「火星極地著陸者」的出事地點進行重新檢查，有望發回更高解析度的照片，「火星極地著陸者」的歸宿屆時將有定論。
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火星偵察軌道器（MRO）
火星勘測軌道飛行器(Mars Reconnaissance Orbiter)是美國國家航空航天局2005年火星探測計劃之一。這枚偵察衛星將以前所未有的解析度對火星這顆紅色行星進行詳細考察，為往後的火星地表任務尋找適合的登陸地點，同時為這些任務提供高速的通訊傳遞功能。
一、發展歷史
火星勘測軌道飛行器將會為未來的火星地面任務鋪路，包括預計在2007年發射的登陸器鳳凰號與2009年發射的多功能探測車——火星科學實驗室。火星勘測軌道飛行器將會幫助這些計劃評估適合的登陸點，將會為火星地表任務提供重要的資訊傳遞功能，甚至在登陸時提供重要的導航資訊。此外，也可能為之前失敗的火星任務提出可能的失敗原因，如Mars Polar Lander（火星極地著陸者）。
火星勘測軌道飛行器於2005年08月12日發射升空。發射56分鐘之後，進入前往火星的軌道中。在到達火星之前，火星勘測軌道飛行器在行星間航行了七個半月，對科學儀器與預計進行的實驗進行了多項測試與校正工作。
2005年09月08日在離月球一千萬公里的地方拍下了月球的照片。2006年03月10日，進入火星軌道，並且預計在接下來的數周內降低軌道高度以進行科學觀測計劃。3月24日，公布了火星勘測軌道飛行器發回的火星表面第一批高清晰照片。
到2015年為止，該任務提供了火星表面的大量數據，能夠為未來著陸火星的探測器提供支持。據稱在經過10年任務期後，MRO仍然繼續著科學觀測，並擔任中繼通信的任務。2015年7月，美國宇航局改變了MRO的軌道，這個機動是為了2016年9月28日洞察號抵達火星提供通訊支持。
二、考察任務
火星勘測軌道飛行器最主要的目的為尋找火星上是否有水存在的證據，並且收集火星大氣與地理的特徵。軌道器上共搭載六項科學儀器與兩項科學工具；此外，也搭載三項可以用在未來太空任務的技術實驗裝備。
三、探測發現
1、冰塊。根據2009年雷達的測量報告顯示，火星北極地區冰蓋下的冰塊的體積有821000立方千米，這等於格陵蘭島冰塊的30% 。
2、撞擊坑的冰。2009年9月發表的一篇科學文章揭示，在一些新的撞擊坑周圍有純凈的水冰。這些冰後來似乎逐漸消失了。
3、氯化物礦藏。根據MRO和其他一些火星探測器的數據顯示，科學家已經發現火星上分布著廣泛的氯化物。有氯化物的地方過去可能存在著各種生命形式，因此，這是人類探索火星是否存在生命遺蹟的理想地區。
4、雪崩。MRO的攝象機已經拍攝到，在火星北極蓋附近陡峭的山地發生的大量雪崩的照片。
5、流動的水。2011年8月4日，NASA宣布MRO偵察到火星在溫暖的月份里，其表面似乎存在流動的液態水。
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經過前面的深入了解，我逐漸注意到，要搞登陸火星，亦即火星地面探測，首先要解決通訊問題，電磁波在地火之間傳播需要五分鐘。美國是通過發射衛星進行中繼通訊來解決的。
其次，要解決降落技術。著陸系統需要運用防熱盾、降落傘和反衝火箭降速技術。整個降落過程需要計算機來自主控制、自主導航來完成。
再者，在此之前，需要發射探測器對火星進行偵察，為後續的著陸器提供支撐。
【註解】
【霍曼轉移軌道】在太空動力學，霍曼轉移軌道（郝曼轉移軌道，Hohmann transfer orbit）是一種變換太空船軌道的方法，途中只需兩次引擎推進，相對地節省燃料。此種軌道操縱名稱來自德國物理學家瓦爾特·霍曼，他於1925年出版了相關著作。
【磅力】磅力在工程單位制中表示一磅的物體在北緯45度海平面上所受的重力。G=mg，g=9.80665牛/千克，1磅=0.45359237 千克,所以1磅力=4.4482216152605牛頓。
【h】h，小時。
【min】min，分鐘。
【ms】ms，毫秒。
2019-1-15規劃
2020/1/7修改
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