好奇号火星車:火星探測器-中文百科頻道

簡介

2011年11月26日，好奇号發射升空，此後順利進入飛往火星的軌道。北京時間2012年8月6日13時31分“好奇”号在火星蓋爾隕坑中心附近山脈登陸。

好奇号火星車将展開為期一個火星年（大約687個地球日，也就是差不多兩年的）的探測，主要任務是查明火星過去或現在是否有生命存在。

背景

自20世紀初期開始，人們憑着望遠鏡中看到的火星影像和頭腦中的想象，認為火星上可能存在生命，乃至火星人。然而，當最早的着陸探測器海盜1号和2号在1976年觸及火星表面的時候，人們大失所望，來自海盜2号的照片顯示了一個寒冷、貧瘠、幹燥、顯然死掉了的行星。然而，也是在同一時期，科學家在地球海洋底部的深海熱泉裡發現了極端微生物的存在，這證明生命可以适應各種環境。

自20世紀60年代以來，美國發射十餘次火星探測器，僅6次實現火星着陸

1996年，美國宇航局發射了火星全球勘探者号探測器。這開啟了新的探索火星的時期，一系列的軌道器和着陸器被送往火星。探測的結果讓科學家了解到，火星其實蘊藏着活力。

2004年登陸火星的勇氣号和機遇号火星車已經發現，火星在過去曾經是溫暖和濕潤的，甚至可能存在過海洋。但是後來它的環境發生了巨大的轉變。自那時起，美國宇航局火星探測任務的科學目标就圍繞考察火星是否曾經支持生命存在而進行，好奇号火星車亦進一步推進美國宇航局“跟着水走”的戰略。

命名

2008年11月18日，一項面向全美五歲至十八歲學生的為火星車命名的比賽開始。2009年3月23日至29日，普通公衆為九個進入決定的名字進行投票，為火星車的最終命名作為參考。2009年5月27日，NASA宣布采用華裔女生馬天琪的“好奇”來命名火星車。

設計

核燃料钚

好奇号火星車個頭與小汽車相當，重約900公斤，和2004年登陸火星的機遇号探測器和勇氣号探測器相比，以核燃料钚為動力的“好奇”号火星車質量是它們的3倍，體積是其兩倍。“好奇”号攜帶10台設備，是“機遇”号和“勇氣”号所攜設備數量的兩倍，質量的10餘倍。

以核燃料钚提供動力的好奇号攜帶的探測設備更多、更先進，在火星表面的連續行駛能力也更強。“好奇”号項目總投資達25億美元，是迄今（2012年）最昂貴的火星探測項目。

懸浮着陸

“好奇”号登陸的難題之一在于，着陸艙必須在6分半時間内把速度從每小時2.12萬公裡降至零。

“好奇”号登陸火星，最扣人心弦的當屬空中懸浮環節。航天局采用一種新型“空中起重機”系統，在距火星表面大約20米的高度令“好奇”号懸浮靜止，而後将它放下。由于這一系統先前從未實際演練，所以成為登陸的最大懸疑。

在7分鐘内，它要想将時速由約2.09萬千米減為0，需順利完成一系列動作，包括使用降落傘減速、點燃火箭準備着陸以及小心地把它停在火山口以免産生塵雲等，使包括火星車在内質量達3噸的着陸器的速度從子彈般減低到平穩着陸；它必須準确無誤地執行數百道程序，50萬行的程序代碼，隻要其中有一條出現差錯，“好奇”号就極有可能會一頭撞擊在火星地表粉身碎骨。

尖端儀器

好奇号帶上火星的設備是迄今為止送往火星的最為專業和先進的儀器。“好奇”号設備能夠舉起重物。

它“頭”上的兩個眼睛是兩部相機，其中一部能夠跨越七個足球場的距離分辨出對面放的是籃球還是足球。另外一部在好奇号抵達一個新地點的時候，能夠用25分鐘拍攝150張照片，然後合成一幅全景照片。

好奇号還攜帶了一個名為“化學相機”的儀器，它能夠發射出激光，擊中7米之外的岩石或土壤。被激光擊中的物質會産生出等離子體，而“相機”通過觀測等離子體的光譜，來測定目标物的成分。設備中的分光儀能夠測定6144個不同波長的光，而不同的物質被離子化後所發出的光具有特定的波長。這部化學相機的射程足以幫助科學家尋找下一個近距離采樣和分析的目标。

另外一部“阿爾法粒子X射線分光儀”則能夠在10分鐘的快速檢測中，探測到岩石中含量低至1.5%的成分。如果給它三個小時時間，它就能夠探測到含量在萬分之一量級的物質。它尤其對于硫、氯、溴等與鹽的生成密切相關的物質敏感，從它們中可能會看出是否曾經與水發生過作用。

好奇号有兩部直接分析岩石和土壤樣本的儀器，分别是“化學和礦物學分析儀”和“火星樣本分析設備”，它們依靠好奇号的機械臂取樣賴分析樣本。

在尋找水的努力上，好奇号還有一件利器，叫做“動态中子返照率設備”。這種設備實際上早先在地球上是用于石油勘探的，它發射出中子，然後通過觀察中子與氫原子核相互作用後發生的能量變化來确定氫的存在。後來科研人員将它重新設計後用于月球和火星探測。在2002年，火星奧德賽号探測器曾經用這種設備發現了火星高緯度地下的水冰。

探測計劃

“好奇”号這次的目标是尋找以碳為基礎的有機物。好奇号會在火星表面“巡遊”，完成一項大約兩年時間的實驗項目。

“機遇”号和“勇氣”号先前進入小型火星隕坑，能夠爬上緩坡，但“好奇”号将登上蓋爾隕坑中高約5000米的夏普山。通過分析夏普山表面情況，“好奇”号可望了解更多火星曆史。

探索發現

拍到火星日偏食

2012年9月，好奇号火星車拍攝了大量火星日偏食的照片。地球上的日食由月球在太陽和地球之間穿過形成，火星上的日食則由火星的兩顆衛星所緻。照片中，太陽被火衛一遮住，好像被“咬”了一口。

發現火星古河床遺迹

2012年9月27日，美國宇航局的科學家稱，他們在“好奇号”傳回的火星照片上發現，在蓋爾隕石坑( Gale Crater)北部邊緣和夏普山(Mount Sharp)之間有許多已經聚合成礫岩的碎石，這些碎石應該是非常湍急的河水流過時帶到這裡的。根據這些碎石的大小和形狀，科學家估算出這條古老火星河流的流速為大約0.9米/秒，深度大概相當于人的腳踝到臀部之間的高度。一些碎石已經被磨得十分圓滑，證明它們是經過了漫長的旅程到達這裡的。

發現不明物體似金屬碎片

2012年10月7日，在首次收集火星土壤樣本時，好奇号火星車發現地面上存在一個尺寸很小的不明物體，好似銀片或者其他某種物品的碎片。10月8日，由于發現地面上的一個明亮物體——可能是從“好奇”号上脫落的碎片——項目組決定不使用機械臂。“好奇”号拍攝了這個物體的照片，以幫助項目組進行鑒别并評估可能對樣本收集帶來的影響。

鐵證證明火星有水

2013年9月，美國航天局“好奇”号火星車發現，火星表面土壤按重量算約2%是水分，這意味着每立方英尺(不到0.03立方米)的火星土壤能夠獲得約1升的水。美國倫斯勒理工學院和美國航天局等機構研究人員2013年9月26日在《科學》雜志上報告說，他們利用“好奇”号攜帶的樣本分析儀，将其登陸火星後獲得的第一鏟細粒土壤加熱到835攝氏度的高溫，結果分解出水、二氧化碳以及含硫化合物等物質，其中水的質量約占2%。論文第一作者、倫斯勒理工學院的勞裡·萊欣說，“現在知道火星上應該有豐富的、可輕易獲得的水”，這是“最令人激動的結果之一”。今後如果有人登上火星，隻需在火星表面鏟起土壤，然後稍稍加熱，就可獲得水。

測定火星岩石年齡

2013年12月，好奇号項目組接連在《科學》雜志上發表文章，報告了最近好奇号測定火星岩石的研究。

“Cumberland”是好奇号在火星上鑽探取樣的第二塊岩石，也是第一塊被在原地進行就地年齡分析的岩石樣品。美國加州理工學院的肯尼斯·法雷(Kenneth Farley)教授發表的一篇論文詳細報告了對這塊岩石的分析過程。該團隊測量數據顯示這塊火星岩石的年齡大緻在38.6~45.6億年之間。這也符合此前科學家們對蓋爾隕坑的年齡估算。

機器故障

傳感器損壞

2012年8月22日，美國宇航局通報“好奇”探測器攜帶的“氣象站”之上的一台風況顯示傳感器損壞。傳感器損壞的原因尚未查明，工程師們估計是“好奇”号着陸過程中火星表面石塊飛濺，擊中了傳感器電路，破壞了布線。“氣象站”記錄空氣和地面溫度、空氣壓力和濕度、風速和方向，這些參數由遍布巡視探測器的傳感器提供。

位于小型吊杆正面的風力傳感器未受影響，但隻剩下一個傳感器，這對全面了解火星上的風狀況帶來了困難，也降低了“好奇”号探測特定方向風速和風向的能力。

鑽頭消毒不徹底

2012年9月11日，當“好奇”号火星探測器最終展開機械臂鑽入火星表面時，美國國家航空航天局（NASA）的科學家希望不要在這個布滿塵埃的紅色星球發現水，因為“好奇”号的一個鑽頭未經嚴格消毒，其表面所攜帶的細菌可能給火星造成污染。

兩台機載計算機故障

美國航天局2013年3月1日表示，由于主計算機出現故障，“好奇”号火星車已進入名為“安全模式”的最小活動狀态，其科學工作也已全部暫停。航天局噴氣推進實驗室“好奇”号項目經理理查德·庫克表示，故障出現于2月27日，當天“好奇”号未向地球傳回記錄的數據，也未按計劃進入睡眠狀态。地面工程師檢查後發現，故障與主計算機閃存崩潰有關。盡管崩潰原因未明，但科學家推測可能由宇宙射線中的高能粒子所緻。

計算機删除文件故障緻“安全模式”

2013年3月18日，美國“好奇”号火星車項目首席科學家約翰·格羅青格說，由于17日晚第二次遇到計算機故障，“好奇”号再次進入名為“安全模式”的最小活動狀态。出現的新故障是由于計算機系統要删除的一個文件與“好奇”号正使用的文件有關聯，删除過程中發出錯誤提示，“好奇”号随即進入“安全模式”。格羅青格說，“這起并非罕見或不同尋常的事件”，僅意味着“好奇”号投入科學工作的時間再次被推遲。若不是出現這次故障，“好奇”号原本将于18日恢複科學工作。目前來看，解決故障可能需要“兩個火星日”（一個火星日長為24小時39分鐘35秒）。