萤火一号（英文名：Yinghuo-1 ）是中国火星探测计划中的第一颗 火星探测器 ，由 中国航天科技集团 所属 上海航天技术研究院 抓总研制。萤火一号主体部分长75厘米，宽75厘米，高60厘米，两侧 太阳 帆板展开近8米，质量约115公斤，设计寿命2年。 探测器 携带有 等离子体 探测包、光学成像仪、 磁通量 门磁 强仪、 掩星 探测 接收机 等4类有效载荷。计划对 火星 进行为期一年的在轨探测，其任务包括探测火星及其空间环境、揭示类 行星 空间演化特征等。
萤火一号原计划于2009年10月和 俄罗斯 福布斯-土壤探测器一起从 拜科努尔航天中心 发射升空。2009年9月29日，俄罗斯决定将福布斯-土壤探测器的发射时间推迟至2011年10月，萤火一号的发射也被迫推迟。 2011年11月9日，萤火一号搭载在俄罗斯福布斯-土壤探测器内部在 哈萨克斯坦 拜科努尔航天发射场发射升空，福布斯-土壤探测器在与火箭分离后因其主 发动机 启动失败而无法实现变轨，未能脱离 近地轨道 ，任务以失败告终。
萤火一号的发射标志着继 美国 、 俄罗斯 、 日本 、 欧洲航天局 后，中国也 身于“火星俱乐部”。对 火星 的探测和研究特别是对 火星生命 痕迹的研究，对人类的未来发展将产生重大影响。
研发历程
研发背景
2005年11月，中俄两国总理在北京举行第10次定期会晤并发布《 中俄总理第十次定期会晤联合公报 》，《联合公报》显示：“深化中俄航天领域的长期合作关系，探讨月球和深空探测领域双方合作的可能性。”
2007年3月26日，中俄两国 国家航天局 签署了“关于联合探测火星及 火卫一 合作的协议”。 根据协议，双方决定在2009年对 火星 及其卫星火卫一进行联合探测，任务执行者分别是中方的萤火一号和 俄罗斯 的福布斯-土壤探测器。两个 探测器 由中、俄双方各自研发制造，计划于2009年10月使用俄罗斯的“天顶”火箭从 拜科努尔航天发射场 一同发射。
研发过程
2007年5月21日，在 上海市 航天技术展上由 上海航天局 研发的 火星探测器 正式向公众亮相，基于保密要求，此次展出的是火星探测器概念版模型。
2009年2月，萤火一号进行模拟测试，在温度只有-260℃的实验环境中休眠8.8个小时之后，萤火一号上的16台单机均成功唤醒，且正常工作。 5月28日，萤火一号的1:1比例模型在第三届上海国际航空航天技术与设备展览会展出。 5月31日，上海航天局党委副书记 张伟强 表示：“萤火一号目前已通过研制阶段的试验考核和验证，将转入‘待发’状态。” 6月，萤火一号出厂。 8月5日，来自 上海航天局 509所消息：“萤火一号已经运抵 俄罗斯 ，经过最后的联合调试后，等待发射。” 9月29日，俄罗斯决定将福布斯-土壤火星探测器的发射时间由2009年10月推迟至2011年10月，萤火一号的发射也被迫推迟。
设计人员
名称标识
“ 萤火 ”取自 火星 在中国古代的称呼——“ 荧惑 ”的谐音。据古籍记载，火星呈红色， 荧光 像火，且火的亮度常有变化；而 火星 在天空中运动，有时从西向东，有时又从东向西，情况复杂，令人迷惑，所以 中国 古代叫它“荧惑”，有“荧荧火光、离离乱惑”之意。
设计制造
基本结构
萤火一号质量约115公斤，设计寿命2年，由 探测器 本体和 太阳 电池阵构成。探测器本体为 六面体 ，尺寸为长75厘米、宽75厘米、高60厘米，太阳电池阵展开后达6.85米。探测器轨道确定通过甚长基线干涉（VLBI） 测量网测轨加多普勒单向测速方法获取 空间位置 参数，数传直接对 地球 通信。高增益数传天线最大直径95厘米。
探测器由综合 电子 计算机 实现整器管理、运算和控制。器体内部主要安装有效载荷、电源、姿控、测控数传、综合电子等分系统；器体外部安装有效载荷 传感器 、姿态敏感器、 推力 器、测控数传天线等部件。
为满足有效载荷正常工作和深空通信对姿控的要求，萤火一号正常运行期间采用星敏感器加 惯性 基准进行姿态测量，由4个反作用飞轮组成零 动量 控制方式实现对日、对地、对 火星 定向 三轴稳定姿态控制 。
主要参数
有效载荷
萤火一号上搭载了 磁通量 门磁 强计、 等离子体 探测包、 掩星 接收机 和光学成像仪4类有效载荷。利用 磁强 计 探测 火星 空间 磁场 的分布、结构；利用 等离子 包探测 电离层 粒子分布特性；两台光学相机用于拍摄火星全球照片和清晰度较高的局部照片（ 分辨率 可达到200米），并研究 火星 沙尘暴 及其对电离层的影响。
等离子体探测包
等离子体探测包由4部分组成：离子分析器I、离子分析器II、 电子 分析器和 电子学 箱。离子分析器I和离子分析器II对称安装在舱外，实现离子的能量、角度和成分的探测；电子分析器安装在舱外，实现电子能量和角度的探测；电子学箱位于 卫星 舱内，由离子分析器数据处理单元板和电子分析器数据处理单元板两部分组成。
磁通门磁强计
磁通门 磁强 计由磁强计 探头 A、 磁强计 探头B、磁强计电子学箱组成，用于测量 火星 空间环境中的 磁场 。为提高 测量精度 ，降低卫星剩磁对 传感器 的干扰，在卫星上安装两个三轴高精度磁强计探头（磁强计探头A、磁强计探头B），利用传感器探头安装位置的差异，通过数据处理消除卫星剩磁干扰。
掩星接收机
掩星接收机由掩星接收机天线和掩星接收机 电子学 箱组成。掩星接收机接收 俄罗斯 福布斯—土壤 探测器 上两个频率的信号（833MHz/416.5MHz），测量这两个频率信号的幅度及 载波 相位 ，通过地面后处理，得到 火星 电离层 的 电子 密度及总电子含量。
光学成像仪
光学成像仪由光学成像仪镜头和电子学系统组成。光学成像仪在 天问一号 进入轨道后开始工作，能够以多种工作模式拍摄 双星 分离及火星表面的图片，并将图像数据上传至数管分系统。
技术创新
超稳定振荡器
为了严密监控位置和速度，萤火一号上携带了一个超稳定振荡器。超稳定振荡器会以极其精准的频率发射 无线电 信号。当萤火一号在 火星 的 引力 场中运动的时候， 多普勒效应 （反映了萤火一号的速度）和引力 红移 效应（反映了萤火一号在引力场中的位置）就会改变地球上的观测者接收到的这一无线电信号的频率。由此就可以反推出萤火一号的位置和速度。这一过程被称为“单程开环 多普勒 测量”。此外，单程开环 克里斯蒂安·多普勒 测量还能用于探测 行星 重力场、行星自转和 章动 、大气状况，乃至检验 广义相对论 效应 。它的优点是不需要增加额外的载荷，缺点则是对时频技术要求极高。
无磁材料
因萤火一号的任务中包括了研究 火星 上的磁现象，为了避免研究受到 探测器 自身的干扰，萤火一号的材料和零件将一律无磁。
热控系统
萤火一号从 地球轨道 向 火星 轨道转移期间，要遭遇7次长火影，每一次长火影最低温度在-200多 摄氏度 ，最长持续时间为8.8小时，且全部处于黑夜状态。
萤火一号上的能源主要依靠 太阳能 转换来获取能量，再利用自身携带的锂离子 蓄电池 保存能量。光照期间，星上 太阳能帆板 电池阵充分吸收能量发电，为星上设备供电，并对蓄电池充电。而在长火影期间， 太阳能帆板 无法接收到阳光，为保持低功耗，星上各台单机不得不进入休眠状态。当长火影结束后，再通过遥控手段对各单机加热加电实施唤醒。
根据萤火一号面临长期 火星 阴影环境的特点，研制团队对萤火一号的长火影热控设计及深冷试验验证进行了研究，给出了 天问一号 长火影热控自主控制流程，以及各阶段热控方案。同时通过改造真空环境 模拟器 ，完成了中国第一个实现全包络20K超低温背景模拟的真空热试验。长火影试验结果表明：萤火一号热控设计完全能满足度过长火影的低温环境要求，各单机在出火影后，均能被成功地唤醒，进入正常工作状态。
为了攻克长火影技术难关，星上锂离子 蓄电池 要经受深冷低温考验，来验证其在超低温环境下的稳定性。于是研制团队将 蓄电池 放在超低温环境下做了许多次充放电试验。这是锂离子蓄电池技术在中国首次进行应用于深空探测活动的实验，并突破了高比能量、低剩磁、超低温工作、巡航段长时间待命等多项关键技术，为后续的深空探测活动积累了大量的数据和经验。
另外，研制团队还搭建了一个模拟 火星 超低温（-260℃）黑暗严酷恶劣环境的空间，让 天问一号 艰难地依靠自带电池在休眠状态下维持运作。经过试验，萤火一号上的16台单机在超低温环境下均能被唤醒并正常工作，证明了 卫星 的设计方案正确，锂离子 蓄电池 质量过硬，经得起长火影恶劣环境的考验。
任务规划
任务目标
萤火一号的科学目标是探测火星的空间 磁场 、 电离层 和粒子分布及其变化规律，探测火星大气离子的逃逸率，探测火星地形、地貌和 沙尘暴 以及探测火星赤道区重力场。 在萤火一号上同时配置 磁强 计 和粒子（包括 电子 和低能热离子）探测仪，揭示真实的 火星 空间环境，并测得从火星表面逃逸的氧粒子的流量，从而判断火星上水的流失总量。 另外，萤火一号还将与福布斯-土壤探测器联合完成人类首次对火星电离层的星—星 掩星 探测，反演火星电离层电子密度分布。 这个探测的实施过程是在两个 探测器 进入火星轨道并分离之后，从 俄罗斯 福布斯-土壤探测器上发射两个频段的 无线电 ，由萤火一号接收其信号。当两个探测器的 无线电 电波 射线 切过 火星 大气和 电离层 时，电波受大气和电离层密度随高度变化的影响，将发生弯曲，且不同的 波段 将出现不同的弯曲和延时。通过对接收信号强弱变化和延时的分析，就可以反演出 火星 大气和电离层物理参数的垂直剖面曲线。
原定流程
福布斯-土壤探测器发射升空后，将在 地球 环绕轨道进行2次变轨，进入地火转移轨道，经过约10个月的地火转移飞行，到达火星并进入环绕火星的大 椭圆轨道 ，随后福布斯-土壤探测器释放萤火一号，萤火一号进入独立工作状态，在环绕火星的大椭圆轨道上开展科学探测工作。福布斯-土壤探测器飞赴 火卫一 并着陆，对 火卫一 土壤进行采样后，返回地球。
运载火箭
萤火一号搭载在福布斯-土壤探测器内部由 俄罗斯 天顶-2SB 运载火箭 发射 升空 。 天顶 2号 运载火箭为两级中型运载火箭，可将重约12吨的航天器送入圆形轨道，也可将重约3.5吨的航天器送入高椭圆形轨道。
发射地点
萤火一号搭载在福布斯-土壤探测器内部在哈萨克斯坦拜科努尔航天发射场发射升空。 拜科努尔航天发射场位于哈萨克斯坦的中部，建于1955年6月，是 苏联 时期建造的 航天器发射场 和导弹试验基地。2021年夏天，俄罗斯租用哈萨克斯坦拜科努尔航天发射场的合同补充协议生效，俄罗斯将租用至2050年。
测控通信
萤火一号上行命令主要由 俄罗斯 地面站和欧空局地面站帮忙接收，下行命令则由中国地面站、俄罗斯地面站和欧空局地面站分时段进行接收。中国地面站主要依托国家天文台位于 密云区 的50米射电望远镜和位于 云南省 的40米射电望远镜接收萤火一号传回的数据。因距离太远、数据量大，三个 地面站 联合起来也只能下载萤火一号在探测中获取的5%-10%数据。
任务经过
发射升空
2011年11月9日4时16分，萤火一号搭载在福布斯-土壤探测器内部，由 俄罗斯 天顶-2SB运载火箭在 哈萨克斯坦 拜科努尔航天发射场点火发射升空，之后星箭正常分离，将探测器和上面级组合体送入预定轨道。 福布斯-土壤探测器发射 升空 后，上面级 发动机 没有按程序启动，且测控应答机出了问题，无法与地面取得联系，也无法接收地面的指令。
变轨失败
2011年11月11日，来自 国家航天局 消息：“由于福布斯-土壤探测器在飞行过程中出现意外，未能按计划实现变轨。目前，福布斯-土壤探测器仍在抢救中，中方技术人员正密切配合俄方开展抢救工作。”
2011年11月22日， 欧洲航天局 位于 澳大利亚 西部城市 珀斯 的地面跟踪站接收到福布斯-土壤探测器发出的信号。
2011年11月23日， 俄罗斯 联邦航天署宣布，搭载萤火一号的福布斯-土壤探测器发射失败。
2011年12月2日，欧洲航天局宣布放弃获取俄罗斯福布斯-土壤探测器通信信号的尝试。
2012年1月16日1时45分，福布斯-土壤 天问一号 的碎片坠落在 太平洋 海域。
评价
“萤火一号”虽未成功，但任务带动了中国深空探测航天技术发展、解决最远距离4亿公里的测控问题，为中国开展后续深空探测任务打下了基础。—— 褚英志 （萤火一号总体主任设计师）
虽然“萤火一号”没有实现我们当时的梦想，但是小小的 萤火虫 点燃了中国人奔向 火星 的激情，我们的航天人在那之后，建立了可以远达火星轨道的深空测控站，并将“ 天问一号 ”本应分两步、甚至三步走的“绕、落、巡”计划，合并在一次实施。—— 吴季 （萤火一号首席 科学家 ）
尽管“萤火一号”首战出师不利，但通过“萤火一号”研制的全过程，让航天人在探“火”领域进行了深入研究，掌握了原先未认识的研制途径，并初步建立了较为完备的远程测控体系。这些，均为这次“ 天问一号 ”探“火”打下了坚实基础。——游本凤（《上海航天报》原总编辑、研究员）