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| 本文作者： 付靜 | 2020-08-01 08:09 |
北京時(shí)間 2020 年 7 月 30 日 19 時(shí) 50 分，世界各地的網(wǎng)友在屏幕前用不同語(yǔ)言道出一聲“祝好運(yùn)”，而屏幕里，則是本年度火星探測(cè)窗口期 3 號(hào)選手的發(fā)射現(xiàn)場(chǎng)。
美國(guó)佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角空軍基地（Cape Canaveral Air Force Station）41 號(hào)發(fā)射場(chǎng)，搭載著“毅力號(hào)”火星車（Perseverance Rover）的阿特拉斯 5 型運(yùn)載火箭（Atlas V-541，又稱宇宙神 5 號(hào)）發(fā)射升空。
終于，抱有美好“希望”的阿聯(lián)酋、從不乏“天問(wèn)”精神的中國(guó)以及擁有強(qiáng)大“毅力”的美國(guó)，都順利向紅色星球進(jìn)發(fā)！
對(duì)于火星車的命名，NASA 有個(gè)慣例——向兒童和青少年征名。
當(dāng)?shù)貢r(shí)間 2020 年 3 月 5 日，NASA 正式公布，新一代火星車名為 Perseverence（意為“毅力”），這個(gè)名字來(lái)自弗吉尼亞州的一位初一學(xué)生 Alexander Mather。
在發(fā)射任務(wù)直播節(jié)目一開(kāi)始，NASA 也給出了英文單詞 Perseverance 的釋義：
persistence in doing something despite difficulty or delay in achieving success.（即便困難重重或不得已推遲，也要堅(jiān)持不懈，成功做成某件事。）
踏上火星漫游，本就是一項(xiàng)重重困難的任務(wù)；而由于運(yùn)載火箭 Atlas V-541 在測(cè)試環(huán)節(jié)中問(wèn)題頻出，“毅力號(hào)”發(fā)射任務(wù)也不得已再三推遲。
好在，“毅力號(hào)”終于順利出發(fā)，預(yù)計(jì)將在火星上工作至少一個(gè)火星年（約為地球上 687 天）。
不同于只是繞火星軌道巡航的“希望號(hào)”和一次性完成“繞-落-巡”三步的“天問(wèn)一號(hào)”，「壓軸出場(chǎng)」的“毅力號(hào)”按計(jì)劃將于 2021 年 2 月 18 日以“空中吊車”方式登陸火星，到達(dá)位于火星北緯 18 度、西經(jīng) 77 度區(qū)域的杰澤羅隕石坑（Jezero Crater），開(kāi)始尋覓形成于 35 億年前的火星古代微生物生命跡象。
同時(shí)，“毅力號(hào)”還將采集火星上的巖石和土壤樣本，從而為之后的火星采樣返回任務(wù)做準(zhǔn)備。
實(shí)際上，此次任務(wù)在方方面面都將人類想要登上火星的美好愿望展現(xiàn)了出來(lái)。
此次，“毅力號(hào)”將攜帶宇航服 5 個(gè)部位的不同材料樣本進(jìn)入火星，以期在火星的強(qiáng)烈輻射下進(jìn)行測(cè)試，直接解決“宇航員未來(lái)要在火星上穿什么宇航服”的問(wèn)題。
在“毅力號(hào)”上，搭載著三枚特殊的芯片，上面蝕刻著全球范圍內(nèi)的 1090 萬(wàn)個(gè)在 NASA 官網(wǎng)預(yù)定了「火星船票」的火星愛(ài)好者的名字。
承載著 1090 萬(wàn)顆好奇心的“毅力號(hào)”，作為美國(guó)第 9 個(gè)火星探測(cè)器，擁有著超強(qiáng)硬件。
“毅力號(hào)”長(zhǎng) 3 米、寬 2.7 米、高 2.2 米、總重 1025 公斤，配備有一個(gè)長(zhǎng)約 2.1 米的五關(guān)節(jié)機(jī)械臂、43 個(gè)樣本采集管及一個(gè) 0.5 米長(zhǎng)的樣本處理臂，用于樣本采集、分析。
為完成一系列高難度任務(wù)，NASA 噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（Jet Propulsion Laboratory）將“毅力號(hào)”打造成了一座可移動(dòng)的實(shí)驗(yàn)室，而最值得關(guān)注的主要有以下幾方面。
首先是其總重 59 公斤的載荷。
具體來(lái)講，其載荷即 7 臺(tái)科學(xué)儀器：
變焦全景相機(jī) Mastcam-Z：位于桅桿上，不僅能鑒定巖石成分、輔助火星車行進(jìn)，還能得到高清晰度的全景 3D 立體圖像；
火星環(huán)境動(dòng)力學(xué)分析儀 MEDA：記錄、分析火星的大氣溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向、沙塵大小與形態(tài)；
制氧儀 MOXIE：這一儀器作為“毅力號(hào)”的亮點(diǎn)之一，不僅要嘗試從二氧化碳中提取氧氣，為未來(lái)宇航員登陸火星吸氧做準(zhǔn)備，其制備的氧氣還能作為航天器返回地球的燃料來(lái)源，從而實(shí)現(xiàn) NASA 的“造氧計(jì)劃”；
X 射線儀 PIXL：利用 X 射線對(duì)火星沙粒進(jìn)行更為精準(zhǔn)的分析；
火星地下實(shí)驗(yàn)雷達(dá)成像儀 RIMFAX：以厘米級(jí)分辨率探測(cè)火星的地下結(jié)構(gòu)；
紫外光譜儀 SHERLOC：利用紫外激光分析物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)掃描可居住環(huán)境的目的；
激光超距分析儀 SuperCam：遠(yuǎn)距離分析巖石、土壤成分。
實(shí)際上，“毅力”號(hào)的「視覺(jué)系統(tǒng)」堪稱當(dāng)今火星車之最——不止上述的相機(jī)，“毅力號(hào)”共配有 23 個(gè)相機(jī)，大部分都是彩色相機(jī)。
其次是“毅力號(hào)”上搭載的 2 個(gè)麥克風(fēng)——既能收錄火星車登陸火星的聲音，火星上的風(fēng)吹草動(dòng)也可以捕捉得到，而這也是美國(guó)火星探測(cè)器首次配備有這樣的設(shè)計(jì)。若順利的話，人類將首次聽(tīng)到火星上的聲音。
同時(shí)，“毅力號(hào)”沿襲了其上一代火星車“好奇號(hào)”（Curiosity）的核動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。
“毅力號(hào)”的核動(dòng)力源「多任務(wù)放射性同位素?zé)犭姲l(fā)生器 MMRTG」由美國(guó)能源部提供，質(zhì)量為 45 公斤，將利用钚 238 原子核衰變釋放的熱量來(lái)產(chǎn)生 110 瓦的電能。此外，“毅力號(hào)”還包括兩個(gè)鋰離子可充電電池，作為瞬時(shí)大功率供電。
雷鋒網(wǎng)此前曾報(bào)道，在我國(guó)的“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器中，火星車以太陽(yáng)能電池為動(dòng)力。
相比太陽(yáng)能供電，核動(dòng)力擺脫了對(duì)太陽(yáng)照射的依賴，靈活性更強(qiáng)，即便在夜間、沙塵暴天氣或冬季，火星車都可保證穩(wěn)定運(yùn)行。但另一方面，核動(dòng)力驅(qū)動(dòng)也存在缺點(diǎn)，一是成本較高，二是放射性元素的不斷衰變會(huì)使得功率逐漸下降，其使用壽命約 14 年。
第四點(diǎn)在于“毅力號(hào)”的車輪設(shè)計(jì)。
事實(shí)上，在設(shè)計(jì)“毅力號(hào)”的過(guò)程中，“好奇號(hào)”工程團(tuán)隊(duì)亦有參與，大體上二者的設(shè)計(jì)較為相似。
不過(guò)，以“好奇號(hào)”為鑒，團(tuán)隊(duì)還著重對(duì)“毅力號(hào)”的車輪做了性能優(yōu)化，新一代的鋁制車輪更厚、更耐用，同時(shí)寬度變小、輪徑（52.2 厘米）更大。在車輪表面，覆蓋著用于牽引的楔子和用于彈性支撐的彎曲鈦輻條。
另外，其計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也值得關(guān)注。
雷鋒網(wǎng)了解到，“毅力號(hào)”的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)符合航空工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括 2 個(gè)相同的、互為備份的模塊，即 RCE（Rover Compute Element），采用了 IBM PowerPC 750 架構(gòu)的抗輻射中央處理器 BAE RAD750，其運(yùn)行速度比美國(guó)此前的“勇氣號(hào)”、“機(jī)遇號(hào)”火星所搭載的中央處理器快十倍。
正是因?yàn)椤耙懔μ?hào)”車輪有所改進(jìn)、儀器套件體積增大，加之火星車上新的取樣和緩沖系統(tǒng)，相比總重 899 公斤的“好奇號(hào)”，其重量足足增加了 17%。
可見(jiàn)，從大腦到身體，從眼睛到耳朵，“毅力號(hào)”實(shí)現(xiàn)了全副武裝。
跟隨火箭升空的不止黑科技滿滿的“毅力號(hào)”，還有一架小型太陽(yáng)能無(wú)人直升機(jī)“機(jī)智號(hào)”（Ingenuity）。
“機(jī)智號(hào)”重 1.8 公斤，只攜帶相機(jī)，將通過(guò)相機(jī)跟蹤估計(jì)速度，從而實(shí)現(xiàn)視覺(jué)導(dǎo)航。此次，“機(jī)智號(hào)”配備的是高通驍龍?zhí)幚砥鳌⒏咄w行控制面板以及 Linux 操作系統(tǒng)。
按照 NASA 的「火星直升機(jī)實(shí)驗(yàn)」計(jì)劃，“機(jī)智號(hào)”作為一款技術(shù)演示器，將在火星車著陸后的 60-90 個(gè)火星日后進(jìn)行為期 30 天的飛行穩(wěn)定性測(cè)試，預(yù)計(jì)最多飛行 5 次，每天飛行不超過(guò) 3 分鐘，每次航程最遠(yuǎn) 300 米，最大高度 5 米。
值得一提的是，這架無(wú)人機(jī)雖說(shuō)只是一款“試驗(yàn)品”，但其設(shè)計(jì)規(guī)格仍然符合一款航天器的標(biāo)準(zhǔn)，可以承受火箭發(fā)射過(guò)程中產(chǎn)生的重力和振動(dòng)。同時(shí)，“機(jī)智號(hào)”配備的抗輻射系統(tǒng)也保證了其在寒冷的火星環(huán)境中正常運(yùn)行。
據(jù)了解，為建造“機(jī)智號(hào)”，NASA 已投資了約 8000 萬(wàn)美元，另投資了約 500 萬(wàn)美元，用以對(duì)直升機(jī)的運(yùn)營(yíng)。
可以說(shuō)，此次試飛有望為行星探測(cè)直升機(jī)的開(kāi)發(fā)工作邁出第一步。據(jù)工程團(tuán)隊(duì)透露，下一代無(wú)人機(jī)的重量可能在 5-15 公斤，有效載荷為 0.5-1.5 公斤，將來(lái)無(wú)人機(jī)可能會(huì)與軌道飛行器實(shí)現(xiàn)直接通信。
阿特拉斯 5 型火箭加持
毫無(wú)疑問(wèn)，上述計(jì)劃對(duì)火箭的運(yùn)載能力也提出了較高的要求。
為此，NASA 選定了阿特拉斯 5 型運(yùn)載火箭（Atlas V-541）出馬。
這枚火箭名稱中的 541 實(shí)際上是指：
5 米的有效載荷整流罩；
4 個(gè)固體火箭助推器；
1 個(gè)單引擎半人馬座上級(jí)。
實(shí)際上，阿特拉斯系列火箭作為美國(guó)老牌火箭，其運(yùn)載歷史已有 60 余年。
1957 年 12 月 17 日阿特拉斯號(hào)火箭的首次發(fā)射升空，為這一系列火箭的發(fā)展拉開(kāi)了序幕。20 世紀(jì) 50 年代，阿特拉斯 2 型得以發(fā)展，到了 60 年代，阿特拉斯 3 型開(kāi)始廣泛運(yùn)用。當(dāng)?shù)貢r(shí)間 2003 年 2 月 3 日，阿特拉斯 3 型正式退出歷史舞臺(tái)。
隨后登場(chǎng)的阿特拉斯 5 型運(yùn)載火箭由美國(guó)兩家百年航空公司——洛克希德馬丁公司、波音公司研制，隸屬聯(lián)合發(fā)射同盟。
在此次發(fā)射任務(wù)之前，阿特拉斯 5 型已經(jīng)執(zhí)行過(guò) 4 次火星探測(cè)器發(fā)射任務(wù)，包括 2005 年的火星勘測(cè)軌道器、2011 年的“好奇號(hào)”、2013 年的“馬文號(hào)”軌道飛行器和 2018 年的“洞察號(hào)”。
20 世紀(jì) 60 年代以來(lái)，探測(cè)火星幾乎貫穿著整個(gè)人類航天史，但直到今天，全球范圍內(nèi)火星探測(cè)任務(wù)成功率還不足五成。
不過(guò)，美國(guó)在火星探測(cè)史上，始終保持著先行者的地位。
首次接近火星并發(fā)回?cái)?shù)據(jù)的，是美國(guó)探測(cè)器——1964 年 12 月 28 日，“水手 4 號(hào)”在距火星表面 9800 千米的上空掠過(guò)火星，向地球發(fā)回 21 張照片，終于打破了火星探測(cè)失敗的魔咒。
首次進(jìn)入火星軌道的，也是美國(guó)的探測(cè)器——1970 年代，“水手 9 號(hào)”進(jìn)入環(huán)繞火星軌道。
在此之后，1975 年的海盜 1 號(hào)和海盜 2 號(hào)、1996 年的火星探路者、2003 年的精神號(hào)和機(jī)遇號(hào)、2008 年的鳳凰號(hào)、2011 年的好奇號(hào)、2018 年的洞察號(hào)相繼出征，讓我們對(duì)紅色星球的認(rèn)知不斷增加。
而此次“毅力號(hào)”，也將是 NASA 在半個(gè)多世紀(jì)“探火”基礎(chǔ)上的又一重要突破，不論最終成功與否，都將為世界航天事業(yè)做出了巨大貢獻(xiàn)。
值得一提的是，2020 年 7 月 27 日，我國(guó)首個(gè)火星探測(cè)器“天問(wèn)一號(hào)”在離地球約 120 萬(wàn)公里處回望地球，拍下一張地球與月球在茫茫宇宙中相望的圖片，目前“天問(wèn)一號(hào)”也還在前往神秘火星的旅途之中。
至此，2020 年火星探測(cè)窗口期的三次發(fā)射任務(wù)都已順利完成，祝愿三項(xiàng)任務(wù)最終都能圓滿成功，正如中國(guó)國(guó)家航天局局長(zhǎng)張克儉所說(shuō)：
探索浩瀚宇宙是全人類的共同夢(mèng)想。讓我們以“天問(wèn)”的勇氣，堅(jiān)韌的“毅力”，奔向新的“希望”。
引用來(lái)源：
https://mars.nasa.gov/mars2020/
http://www.spaceflightfans.cn/event/atlas-5-launch-mars-2020-rover/comment-page-1
https://www.huxiu.com/article/372166.html
雷鋒網(wǎng)
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