  咱們書接上文，上文書講到了好奇號火星車。這東西可是美國人的重點項目，這可不是鳳凰號那種多快好省項目，花掉的錢可不是一個級別的。其實好奇號火星車可不僅僅是一輛火星車那么簡單，而是有一個配套的系統(tǒng)。全稱叫做“火星實驗室”。這個項目前前后后花了足足25億美元，這個項目從2004年就已經開始策劃了，目標有4個： 生物學：
地質和地球化學
行星演化
表面輻射：
由此可見，這個項目相當復雜，搭載的儀器也很多。其實美國人搞了這么多的火星探測器，目標只有一個，就是尋找生命的痕跡，而且是層層遞進，目標也越來越大。以前鳳凰號裝的那套儀器，火星實驗室也得裝一套，而且還得更好。  鳳凰號不需要挪動，沒有運動能力?；鹦菍嶒炇疫€需要有運動能力，必須做成一個火星車，而且要在火星上溜達很多年，因此這個火星車肯定小不了。這個火星車的干質量達到了899公斤。這個火星車比勇氣號和機遇號大多了，足足重了5倍之多，尺寸大了1倍，所攜帶的科學儀器多了10倍。 對于這么大的一個火星車，原有的像勇氣號和機遇號那樣的方案就不行了。你不可能再用充氣氣囊來作為著陸緩沖。你也不可能再用太陽能電池板來當做能源。必須依賴于核動力，一方面提供125瓦的電力，另一方面提供熱量，用于保暖。這樣一來，這個計劃就變得特別貴。新技術太多，測試周期也變得特別長，到了2008年，火星車還在地面上擺著呢，就已經超支4億美元。進度也嚴重落后了。不得已發(fā)射時間也就推遲到了2011年。 火星實驗室因為比較重，整個系統(tǒng)達到了3.4噸的重量。只能用更強大的宇宙神5號來發(fā)射。整個系統(tǒng)包括火星車，外殼+防熱大底，巡航級、降落傘系統(tǒng)和太空吊車系統(tǒng)組成。除了太空吊車以外，其他的設備以前都使用過，無外乎這一次的尺寸大了點。唯獨這個太空吊車是個新裝置，甚至在地球上都沒辦法完全測試，到底靈不靈，只有天知道了。  好奇號安裝的設備 好奇號火星車的外形大致是個方形，下邊裝著6個輪子，靠懸掛裝置和車身連接。盒子的左前方裝著一根機械臂，右前方裝著桅桿，車身上裝了若干分析儀器。因為不需要太陽能電池板，背部空間全空出來了，儀器的開口多數都在背上。車尾巴上翹著通信天線，可以和地球建立數據通信，如果看不到地球，則可以利用衛(wèi)星中繼，和地球保持聯(lián)系。  桅桿攝像頭安裝在腦袋下部 桅桿上裝著一個方盒子，可以實現轉向和俯仰，就像腦袋一樣。兩只立體相機安裝在下相當于巴頦的位置。你可能奇怪，為啥眼睛不長在腦門上呢？因為腦門的部位被占用了。  激光器和光譜儀組件 腦門上安裝了一臺激光發(fā)射裝置，以及光譜分析儀。好奇號可以利用激光來照射石頭，把石頭燒到冒煙為止，通過分析煙塵光譜，就可以知道巖石的成分。這種好處是可以遠距離測量成分，火星車也不是哪里都能爬得上去，對于遠方的巖石，只能采用這個辦法分析成分。 桅桿中間裝有大氣傳感器，可以用來測量大氣的參數。機械臂有3個關節(jié)5個自由度，人的手臂有7個自由度，相對來講，機械臂有5個自由度也就夠用了。機械臂上裝著顯微鏡，裝著打洞取樣的鉆機，裝著alpha粒子質譜儀。其他的儀器就都裝在背上，除了降落攝像頭裝在肚子底下。上次鳳凰號的降落攝像頭就不頂用，好奇號自然是不會再犯這個錯誤了。  校準圖案 對了，為了校準機械臂上的攝像頭，在機身上帶了一個校準的圖案色板。由幾塊色塊和由大到小的一串字符組成。色塊是校準顏色的，字符是校準分辨率的。再下邊是一枚一美分的硬幣，上邊有林肯的頭像，這枚硬幣也有來歷，這個版本是1909年發(fā)行的，100多年以來，一直都沒變過，到現在還在用。這個硬幣也是用來校準攝像頭的，但是選擇用一枚一美分硬幣，純粹是JPL的科學家們的行為藝術，人家樂意。 JPL的科學家們耍個性的地方比比皆是，他們挖空心思要把自己的logo刻在輪子上。這個輪子直徑50厘米，和真車輪大小差不多，是由JPL負責設計。但是，好奇號渾身上下也沒有任何一個logo，你JPL也不能破例。結果呢，JPL的科學家們把輪子的防滑條做成了一行摩爾斯電碼，正好代表著JPL三個字母。輪子在火星上每轉動一圈，就會留下一行一行的清晰印記，這一串點劃符號就留在了火星上。你說這幫人的心思都用在哪兒了。  輪子上暗藏摩爾斯電碼 好奇號的2個前輪和2個后輪分別配備了獨立的轉向電動機，因此好奇號能夠原地掉頭，也可以越過直徑約為50厘米的坑，或者是翻越65~70厘米高的障礙物。你讓它爬和60度的坡，它也能對付，平地上的運行速度是每秒4厘米，看上去不快，但是每天在火星上跑個200米是肯定沒問題的。 好奇號火星車是2011年的11月26號從卡納維拉爾角發(fā)射升空，宇宙神火箭使用的主發(fā)動機是來自于俄羅斯的RD180，當時美俄關系還不錯，俄羅斯的液氧甲煤油發(fā)動機價錢便宜，性能又強勁，單臺推力達到400噸級，為什么不用呢？美國人也樂得省事，宇宙神5號的一級火箭用一臺RD180+幾個固體助投器，也就夠用了。 等到好奇號千里迢迢飛到火星已經是2012年8月份了。這時候的整個探測器就像和圓形的糖果盒子。屁股上套著一個圓環(huán)型的巡航級，這個巡航級帶著幾個發(fā)動機，是專門用來修正軌道的，好奇號探測器總共修正了4次，整個飛向火星的巡航階段，好奇號一直在緩慢的旋轉，用來穩(wěn)定自己的姿態(tài)。飛行過程之中，整個探測器除了幾個探測宇宙輻射的儀器開機工作之外，其他的儀器都處于休眠狀態(tài)，只要不拍照，就沒有必要搞什么3軸穩(wěn)定?？孔孕€(wěn)定就夠了。 好奇號火星車先是拋棄了圓環(huán)狀的巡航級，然后一桿子直接沖進火星的大氣層。那個圓形的外罩上也帶著發(fā)動機呢，可以利用這些發(fā)動機調整姿態(tài)。因為速度太快，防熱大底和火星大氣劇烈摩擦，燒得通紅通紅的，等到進入到11公里的高空，速度已經大大降低了，這時候的速度是470米/秒。探測器彈出降落傘，開始靠降落傘來減速。主降落傘的直徑是16米，可以在2.2馬赫的超音速條件下打開。 既然降落傘打開了，防熱大底自然也就可以拋棄不要了，這時候火星車就完全裸露出來，探測器肚子底下的著陸相機就可以開始工作。這一回，著陸相機忠實的記錄了整個火星車降落的過程，分辨率1600x1200，每秒刷新5幀。畢竟火星太遠，傳數據的速度上不來，能每秒鐘刷新5幀就已經夠可以的了。  降落攝像頭拍攝的視頻 這一次NASA進行了實況轉播，根據前方探測器發(fā)送回的數據，實時在大屏幕上顯示3維動畫，當時觀看人數達到了320萬，大家都在關注好奇號火星車能不能順利的在火星上著陸。現在，大家通過下降攝像頭看到了清晰的地面情況，下面就是預先設定的目標地點蓋爾隕石坑。這個目標是專家委員會挑選出來的，這里有豐富的分層地形，有利于好奇號去探索不同高度的火星地層。 等下降到了1.8公里的高度，火星車頂上的那個反推火箭盤開始點火，完成最后的動力下降階段。降落傘和背殼就此被拋棄。過去探測器底座總是在最下邊，落了地以后，火星車還得從底座上開下來，這次不用，這就是最重要的一個創(chuàng)新，火箭反推系統(tǒng)被做成一個扁扁的盤子，架在火星車上邊，火星車是吊掛在這個盤子下邊的。 你想啊，好奇號本身就有900公斤重，火箭反推的推力總得和重力平衡對吧。即便是火星上重力比較小，只有地球的38%，那推力也不小，如果還是像過去那樣，把反推火箭裝在底座上，那么強大的火箭會吹起火星上的塵埃，弄得火星車灰頭土臉的，各種光學儀器都會受到影響。如果想避免這種情況，就必須把底座高高的架起來，那么火星車從高高的底座上開到火星表面，就必須搭一個斜坡，這樣一來，就增加了不必要的重量。 好奇號的動畫演示 那么好了，現在我們反過來，讓反推火箭盤放在上面，在距離火星表面7.6米的高度完成懸停，然后用一個吊車系統(tǒng)把火星車緩緩放到地面上，這樣既可以輕柔的著陸，又可以避免火箭噴氣激起的塵土弄臟火星車。這不是兩全其美的好事兒嘛。 當然，這套吊車系統(tǒng)以前從來也沒用過，所以大家也不知道這套系統(tǒng)到底能不能發(fā)揮作用。因為只有在火星的重力條件下，這套系統(tǒng)才能完成懸停，在地球的重力數值下，它根本懸停不住，所以這玩意兒在地球上沒法測試。所以不管是地面上的科學家也好，還是緊盯著直播的那些觀眾也好，面對著最后這一哆嗦，他們心里也沒底。 好在呢，通過著陸攝像頭的圖像，大家可以看到火星車的確是緩緩地降落到了地面，當火星車的輪子感受到了自身的重量結結實實壓在了火星的地面上以后，它立刻發(fā)送指令剪斷了吊繩。懸停在空中的反推火箭系統(tǒng)為了避免燃料燒光以后掉下去砸到火星車，它鉚足最后一把勁，猛推了一把，整個反推系統(tǒng)被扔到了幾百米外的地方，它已經完成了自己的使命。 就此，好奇號火星車在完成著陸以后，立刻轉換成了地面行動模式，它馬上就可以開始工作了。正因偉進入降落傘下降的階段，好奇火星車就已經可以開機工作了，攝像頭時時刻刻盯著地面。數據一刻不斷地往地球回傳，所以它可以控制自己的著陸點，因此它的著陸精度相當的高。這個過程上就可以完美的避開那些大石頭小石頭，大坑小坑，安全性大幅度提高，新的著陸方式帶來了一種變革。  蓋爾隕石坑的地形，畫圈的地方就是好奇號的著陸點 正因為火星距離地面實在是太遠了。所以地面的測控人員只能負責宏觀的任務規(guī)劃。避個障啊，拐個彎兒啊，路線規(guī)劃啊，都是靠火星車自己去決策。好奇號著陸的地點叫蓋爾隕石坑。這個地方大概就在火星的赤道上，直徑達到了154公里。這個環(huán)形山的中間有一座山叫做夏普山，形狀有點像個彎月亮。彎月亮背后和環(huán)形山的中間有一塊伊奧列斯平原，好奇號主要就是在這里進行探測。 科學家們?yōu)槭裁催x擇在這個地方著陸呢？就是因為從此前獲得的信息來看。這個地方過去應該是有大量的水的。于是在這個隕石坑里面就形成了大量的沉積地貌，說白了就是淤泥，這些淤泥說不定已經變成石頭了?？茖W家們很想知道這個地區(qū)的物質到底是怎么沉積的？是如何受到侵蝕的？這個過程其實是非常復雜的。正因為這里的地形地貌遭到過侵蝕，好奇號可以通過侵蝕的剖面了解巖層沉積的歷史。通過對這些巖層的研究和分析，我們就可以知道火星的過去是不是宜居，現在為什么變成了這個樣子。 核動力電源石墨包層之中的钚238 正因為好奇號使用了核動力電源，它不依賴于太陽能。勇氣號和機遇號的太陽能電池板一天最多能發(fā)電600度。這點電完全不能跟好奇號的核動力電源相比。所以好奇號的工作效率要比勇氣號和機遇號高得多，它可以時時刻刻都保持到處溜達到處考察的狀態(tài)，它完全不需要停下來充電。到現在為止，好奇號依然還在火星上到處溜達，它已經在火星上連續(xù)不斷的工作了14個年頭了。當然了，核動力電池最大的問題是會衰減，現在它的發(fā)電功率只剩下100瓦，即便如此，也比太陽能電池板要強的多。 火星上河床的遺跡 好奇號這么多年來，取得了很多的科學成就。比如說，好奇號發(fā)現了泥漿沉積的痕跡，沒有水，泥漿就無法形成，而且還看到了鵝卵石，只有在流水的沖刷下，才有可能產生卵石。這些發(fā)現說明這里在遠古時代，曾經是大河奔流的河床。 目前所有的42個洞 這么多年來，好奇號已經在火星上鉆了42個洞，是走一路鉆一路，它發(fā)現火星上的巖石包含硫、氮、氧、磷和碳，這些都是生命必須的元素。這說明火星上的確有誕生生命的物質條件。 好奇號挖起的第一勺樣品 好奇號鉆探的孔，起了個名字叫“坎伯蘭” 有機分子是生命的基石，火星樣品分析儀對從夏普山和周圍平原鉆探的幾個樣品進行了長時間的分析，的確在這些樣品里發(fā)現了有機分子。這個發(fā)現不一定意味著火星上存在生命，但是過去火星上的確是產生了組成生命的基本有機分子。而且這些古代有機物的確是有可能保存下來的。 火星上甲烷的可能來源 好奇號上的激光光譜儀檢測到火星大氣之中的甲烷的季節(jié)性變化，而且觀察到甲烷在兩個月內增加了十倍。甲烷的發(fā)現令人興奮，因為甲烷可能是生物體產生的，也可以由巖石和水之間的化學反應產生。那么，火星上甲烷到底是怎么產生的？是什么導致了短暫而突然的增長？這個問題值得好好研究。 另外，好奇號上帶著高能輻射探測儀呢，它發(fā)現來自銀河系的高能宇宙射線比較強，宇宙之中有很多情況可以產生高能粒子，比如超新星爆發(fā)。另一種情況就是來自太陽的日冕物質拋射。畢竟火星的磁場幾乎是沒有，自然無法屏蔽這些高能帶電粒子?；鹦巧系母吣軒щ娏Ｗ拥妮椛渌教珡娏?，已經超過NASA對宇航員的職業(yè)限制，如果不屏蔽的話，人類直接上火星上不行的。 好奇號的數據將來都是重要的參考依據，萬一美國人拼了命想登陸火星呢？萬一馬老板的火箭支楞起來了呢？對吧。 在高能粒子的轟擊下，火星大氣逐漸流失 對了，好奇號還發(fā)現火星目前的大氣層之中的氫、碳和氬氣重同位素的比例比較高。這種現象說明什么呢？因為火星磁場太弱，導致高能帶電粒子可以長驅直入，這東西就像打保齡球一樣，一個高能帶電粒子可以砸跑好幾個氣體分子。當然越輕的氣體原子越容易被砸跑。高能帶電粒子也可以促使水分子分解成單個的氫原子和氧原子。氫元素的原子核只有一個質子，氫的同位素氘的原子核就多出來一個中子，相對來講就不那么容易被砸跑。長此以往，氫原子損失更快，氘的比例就會上升。這起恰說明了，火星大氣層長期以來在不斷的流失。 馬文號探測器 科學家們懷疑，火星損失了99%的大氣層。2013年，美國人專門發(fā)射了一顆馬文號探測器，這顆探測器一直在環(huán)繞火星轉悠，目標只有一個，就是監(jiān)視火星大氣的流逝，原本大家以為這種流逝應該是均勻的。沒想到，馬文號發(fā)現，火星每次都是到近日點，大氣層流逝的更快，達到遠日點的10倍以上，這倒是個新發(fā)現。 美國人嘗試用好奇號上的鉆頭來提取巖芯，但是火星表層的巖石比較脆弱。通常是以鉆就碎了。很難獲取完整的巖芯。收集碎屑就變得非常重要，目前好奇號是不具備這個能力的。另外，取到樣本以后如何保存也的確是個問題。NASA琢磨著如何從火星取樣返回地球，好奇號之后的火星2020計劃，需要考慮這個問題。 NASA的意思是分兩步走，好奇號的后繼者，必須有保存巖石樣本的能力。先保存下來再說。未來或許會派遣什么探測器著陸到火星上，取走這些樣品，然后再一次返回地球。當然，后邊這一步，八字還沒一撇呢，只是個設想而已。但是火星2020計劃，已經提上議事日程了。這檔子事，我們下次再說。 |
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