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还要差的情况下着陆。“探路者”将以76千米/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04千米/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350千克重的基地站（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。美国宇航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。
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104千克，长066米，宽048米。在飞向火星过程中，它被压缩到只有02米高，在火星上展开后高度升到03米，行驶速度为04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6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。
科学家们指出，“探路者”火星探测器此次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26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“德尔塔”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。
“索杰纳”火星车示意图此次探路者所带的漫游车称为“索杰纳”，该车大小同微波炉相近，能在火星表面上行驶。“索杰纳”长066米，宽048米，展开后高03米，重10千克多，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1台阿尔法质子X射线光谱仪，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。1998年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。
此外，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”。
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1周。但目前看来，它的实际使用寿命可达几周以上。
“断线风筝”——“福波斯”号火星探测器
1988年7月7日和12日，前苏联发射成功“福波斯1”号和“福波斯2”号两个火星探测器，开始新一轮探测火星及其卫星火卫1的活动。
该种探测器重4吨，装有各种科学仪器，并配有无线电太阳能电池板、姿态推力装置、电视摄像机等。它们能在太空飞行200天后，到达接近火星的轨道，在距火卫1几十米时，释放出一个永久性自动站，对火卫1进行460多天的科学考察，以便为将来登上火星探明道路。
可惜的是，在1988年底，“福波斯1”号在宇宙空间已失去联系，不知去向。而“福波斯2”号则在1989年1月29日飞临火星，进入绕火星飞行的轨道，开始对火卫1进行考察活动。但到3月27日，“福波斯2”号又出现故障而停止工作。这项探测火星的任务失败。
夭折的“观察者号”火星探测器
1992年9月25日，美国用“大力神3”型火箭发射成功一个“火星观察者号”探测器，从而拉开了人类全面探测火星的序幕。与此同时，这也是美国17年来首次发射专用于探测火星的航天器。它将从火星轨道上测绘火星和记录天气情况，寻找可能供机器人和人类的着陆地点，以及生命存在的线索。
“火星观察者”号探测器示意图
资料显示，该探测器重25吨，携带有7部仪器。该探测器将对火星进行长达687天的观测考察。而该探测器的任务则在于绘制整个火星表面图，预告火星天候，测量火星各种数据，进一步揭示火星上有无处于原始阶段的生命现象，为未来人类移居火星探寻道路。但是1993年8月21日，“火星观察者”号探测器突然与地面失去联系，不再发回信息。这次探测令人失望地夭折了。
“火星观察者号”探测器价值511亿美元，加上发射费用和操作费用等总计高达891亿美元。这个探测器发射后，要飞行11个月，行程72亿千米，才能到达火星。
据科学家们估计，如果“观察号”火星探测器工作一切正常，该探测器每天可向地球传回大约10亿位的数据，而整个探测任务要传回约6000亿位的数据，相当于除“麦哲伦”号金星探测器外所有行星探测发回的总和。科学家们还指出，该探测器携带的仪器采用的是前后合作的工作方式，它可以从不同角度测量同一物体。但故障的出现注定使这一切希望只能寄托到下一个火星探测器的发射。
“火星极地着陆者”号的失利背后
1998年12月11日，美国发射了“火星气候”探测器，在随后的1999年1月4日又接连发射了“火星极地着陆者”号，二者被称为一对姊妹探测器。之所以这么讲，“火星气候”探测器示意图
是因为它们有一个共同的任务，那就是到火星上找水。
1999年9月23日，价值125亿美元的“火星气候”探测器进入了火星的大气层，慢慢地靠近那颗火红的星球。但遗憾的是，“火星气候”探测器突然之间变成了一团大火球，并在转眼之间烧得一干二净。原来，工作人员在给“火星气候”探测器输入数据时所用单位不一致，导致其测量距离时厘米和英寸混淆，使轨道器飞得过于靠近火星。轨道器随后因温度过高而起火，并脱离轨道坠入火星的大气层。
于是，在人类公元纪年的第二个千年里，“火星极地着陆者”号便成为人们探测火星的最后希望。
“火星极地着陆者”号探测器“火星极地着陆者”号采用了与“火星探路者”号许多相似的设备，如它的气动外壳、计算机及降落伞等。但它的照相系统、太阳能帆板等都有所改变。
这次，“火星极地着陆者”号携带了一个重16千克的一体化科学有效载荷，包括来自于“火星探路者”号及一部分俄罗斯激光雷达上的照相及天气勘测系统。除此之外，它还安装有一个麦克风，可将火星上各种声音传回地球，使人类不仅看到火星的图像，也能听到火星上狂风怒吼的声音。这将是地球上的人类第一次听到外星球上的声音。
在这个价值165亿美元的探测器上，麦克风与其他仪器设备不同，因为它是由私人资助的，并没有明确特定的科学任务。为了使这个麦克风能在拥挤的着陆器上占据一席之地，美国行星协会的会员捐赠了5万美元。该装置的体积只有豌豆的1/2左右，能够以相当于电话的质量录制声音，但整个麦克风的重量还不到60克。
此外，“火星极地着陆者”号还携带了两个重要的新系统——18米长的采样手臂和高温气体挥发分析仪。采样手臂将用于挖一些约06米深的沟槽，而安装在手臂上的一架相机则将拍摄到地质层的图像，以便揭示火星南极的土壤层历史。该采样手臂有一个肘关节，可以准确有力地进行挖掘土壤的工作。而手臂上的相机则可拍摄高分辨率的特写镜头，以精确描述冰或地质晶体。该手臂将提供8个样品给气体分析仪，由其将这些物质焙干并对释放出的气体进行分析。
值得一提的是，着陆器上携带了两个“深空2”号微型探测器，它们将以650千米/时的高速，像两根长矛一样深深刺人火星地表，用以寻找水分。而每个“深空2”号探测器将完成20分钟的表面样品和水的探测试验，并完成两天的土壤温度和气候的监测任务。
“深空2”号是美国宇航局新千年探险计划的一部分。而事实上，新千年探险计划是美国宇航局为未来的外层空间征服乃至移民计划做准备而开展的一系列测试活动。为了保证“深空2”号成功，在同火星部分地形接近的莫加维沙漠进行了长达4年的模拟试验：从高空飞机上用高速空气喷枪向地面发射电子设备，以检测其撞入地面的抗震力和可行性。经过20次失败的尝试后，终于设计出了可以承受巨大冲力的探测器模型。根据模拟试验的数据，这些探测器撞入火星时要承受的撞击力是重力的6万倍。
“火星极地着陆者”号在离火星63千米左右时就开始拍照。它采用一架小型相机，刚开始能辨别75米大小的物体特征，当降到距表面1千米高度时能分辨清楚15米的物体特征。
科学家们之所以将“火星极地着陆者”号的登陆时间选在1999年12月，此时火星南极地区正好是夏季，这使得“火星极地着陆者”号在90天的任务时间里将能获得连续的太阳能。
1999年12月3日是“火星极地着陆者”号登陆火星的日子，全世界的人们在准备喜迎新千年的同时，也在关注着“火星极地着陆者”号的消息，希望它能够带来一份新千年的惊喜。
一个基本事实是，支持美国宇航局火星登陆计划网站的服务器可以说是世界上最强大的网站服务器系统，但它还是在“火星极地着陆者”号登陆火星南极之际因访问量巨大而几乎崩溃。许多网民非常失望，他们原来希望在网站上看到“火星极地着陆者”号发送回来的那颗红色行星表面的实况播放图像，结果只看到了“服务器过忙”的提示，或者网站干脆不予响应。
比网民们更失望的是科学家，因为“火星极地着陆者”号在进入火星稀薄的大气层后就一直没有向地球控制中心发出任何信息。“火星极地着陆者”号的着陆时间比原计划的下午3时稍晚了一点儿，它应该在下午3∶40发出第一个信号。在网民们徒劳地试图通过遍布全世界的镜像网站观看探测器发回的实时图像时，美国喷气推进实验室的工作人员们却揪心地发现“火星极地着陆者”号完全没有消息。
在接下来的几天里，科学家们不分昼夜地“竖起耳朵”，生怕错过了“火星极地着陆者”号发回来的宝贵信号。有人还设想了一些善意的可能，暗示收到信号只是早晚的事，鼓励人们不要放弃希望。
但随着12月7日最后一次同“火星极地着陆者”号联系未果，美国宇航局的科学家连续5天寻找火星探测器的努力终于宣告失败。这意味着美国已最终失去了耗资165亿美元的“火星极地着陆者”号探测器和近3000万美元的“深空2”号探测器。这是美国继“火星气候”探测器在火星大气层烧毁后，在不到3个月的时间里第二次损失火星探测器。
