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好奇号火星车:追寻火星生命的科学实验室

来源:南方周末       更新时间:2011-12-4 18:12:33
 
火星车已经发现,火星在过去曾经是温暖和湿润的,甚至可能存在过海洋。但是后来它的环境发生了巨大的转变。

  尽管过去十年里探测器已经发现了粘土、硫酸盐、水道等令人期待的火星环境特征,但博尔登称:“我认为好奇号火星车是自海盗号以来第一部追寻火星生命问题的探测器。”

  全新的着陆方式

  好奇号的降落点位于火星的赤道地区,它在明年落地时正值火星南半球的深冬季节。降落点位于一个叫做盖尔的陨石坑(Gale Crater)。与勇气号和机遇号用气囊包裹着落地不同,好奇号采用了一种更新颖的着陆方式,就好像是用起重机吊着着陆一样。通过这种方式,项目人员希望能够把探测器的着陆点控制到一个更小的区域内。

  当探测器经过长途跋涉,到达火星上空131千米的时候,它就进入了所谓“进入、下降和着陆”(EDL)阶段。这个阶段大约持续7分钟,但实际的情况取决于届时火星上的风速等大气条件。

  “任何进入、下降和着陆火星的过程都是一个让你忍不住咬指甲的阶段。那不是一个没有风险的环境。”火星科学实验室项目经理皮特·泰辛格(Peter Theisinger)在发射前的发布会上说。

  好奇号火星车是被防护罩包裹着进入火星大气层的,外观就像一个陀螺。在进入大气层之前九分钟,“陀螺”背壳上的推进器会将整个探测器的姿态调整成隔热罩面对大气层。这项调整完成之后,探测器会从背壳上释放出两个钨制的配重,每个配重有75千克,以这种方式来改变整个探测器的重心位置。这是为了让探测器做好与火星大气冲击的准备。

  在探测器进入到火星大气层顶部之后,背壳上的推进器会再进行一系列的喷射,以调整探测器的飞行角度和方向。这会让探测器呈“S”形路径飞行,这种飞行方式一方面会减少探测器下降过程的水平距离,同时也能够修正由风造成的偏移。这个过程被称为“制导进入”,它由探测器根据实时探测到的信息自动完成。

  “与之前的火星任务相比,制导进入技术让探测器对不可预测的大气条件产生更为灵敏的应对。”美国宇航局在一份介绍材料中写道。

  探测器在着陆前的减速过程中,90%的贡献都来自火星大气的摩擦力。隔热罩承受到的最高温度会出现在进入大气层后80秒,大约有2100摄氏度。

  然后探测器还有一次调整重心的动作,这次是在降落伞打开前,它丢掉六个配重,将重心调整回到对称轴上。

  当探测器到达距离火星表面11千米的高度时,降落伞打开。24秒之后,隔热罩脱离。此时,好奇号仍然蜷缩在背壳之中,位于8千米的高度。与此同时,好奇号所携带“火星下降摄影机”苏醒过来,开始工作。它将下降过程拍摄成视频传回地球,一方面供互联网上的“粉丝”们观看,另一方面,这段视频也以更高的分辨率拍摄了着陆点的环境,让科学家能够依据它来制定出好奇号最初的活动路线。

  再过几十秒,探测器下降到1.4千米的高度时,背壳也会分离,此时探测器以每秒80米的速度下降。探测器上安装的八台制动火箭开始喷射,为探测器进一步减速,直至下降速度降低到每秒0.75米。

  好奇号所携带的科学仪器是在2004年确定的,当时美国宇航局从征集来的方案中遴选出了八个装置,外加一台来自西班牙和一台来自俄罗斯的装置,一共10台。“当宇航局确定了任务的目标和相应的科学仪器时,我们就看出我们得制造一部很大的火星车。很明显的一点就是,你没法用气囊让这样大的火星车成功着陆。”泰辛格说。

  “如果你想一下的话,”他继续说,“只有两种推进型方式将火星车着陆:要么把火星车放到推进系统上面,要么把火星车放到推进系统下面。”如果选择前者的话,那么落地之后如何让火星车开下来将会是个令人头疼的问题。

  于是,“空中起重机”(sky crane)的概念诞生了。“起重机”在距离地面20米时释放出尼龙绳,吊着好奇号下降,同时八台制动火箭中的四台熄火。这时好奇号已经不再蜷缩在背壳之内了,场面有点像直升机吊装货物,但直升机被换作了四脚喷火的飞行器。

  在接触地面之前,好奇号的轮子伸展开来,一旦它们触及地面,尼龙绳便会断开连接,“起重机”飞到150米乃至300米开外,完成任务。

  然后,电脑从“进入、下降和着陆状态”转换为“地表状态”,好奇号开始它在火星表面的探索工作。

  尖端仪器

  好奇号带上火星的设备是迄今为止送往火星的最为专业和先进的仪器。它“头”上的两个眼睛是两部相机,其中一部能够跨越七个足球场的距离分辨出对面放的是篮球

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