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| 本文作者： 付靜 | 2020-08-01 08:09 |
北京時間 2020 年 7 月 30 日 19 時 50 分，世界各地的網(wǎng)友在屏幕前用不同語言道出一聲“祝好運”，而屏幕里，則是本年度火星探測窗口期 3 號選手的發(fā)射現(xiàn)場。
美國佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角空軍基地（Cape Canaveral Air Force Station）41 號發(fā)射場，搭載著“毅力號”火星車（Perseverance Rover）的阿特拉斯 5 型運載火箭（Atlas V-541，又稱宇宙神 5 號）發(fā)射升空。
終于，抱有美好“希望”的阿聯(lián)酋、從不乏“天問”精神的中國以及擁有強(qiáng)大“毅力”的美國，都順利向紅色星球進(jìn)發(fā)！
對于火星車的命名，NASA 有個慣例——向兒童和青少年征名。
當(dāng)?shù)貢r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”），這個名字來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，也要堅持不懈，成功做成某件事。）
踏上火星漫游，本就是一項重重困難的任務(wù)；而由于運載火箭 Atlas V-541 在測試環(huán)節(jié)中問題頻出，“毅力號”發(fā)射任務(wù)也不得已再三推遲。
好在，“毅力號”終于順利出發(fā)，預(yù)計將在火星上工作至少一個火星年（約為地球上 687 天）。
不同于只是繞火星軌道巡航的“希望號”和一次性完成“繞-落-巡”三步的“天問一號”，「壓軸出場」的“毅力號”按計劃將于 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），開始尋覓形成于 35 億年前的火星古代微生物生命跡象。
同時，“毅力號”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。
此次，“毅力號”將攜帶宇航服 5 個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)行測試，直接解決“宇航員未來要在火星上穿什么宇航服”的問題。
在“毅力號”上，搭載著三枚特殊的芯片，上面蝕刻著全球范圍內(nèi)的 1090 萬個在 NASA 官網(wǎng)預(yù)定了「火星船票」的火星愛好者的名字。
承載著 1090 萬顆好奇心的“毅力號”，作為美國第 9 個火星探測器，擁有著超強(qiáng)硬件。
“毅力號”長 3 米、寬 2.7 米、高 2.2 米、總重 1025 公斤，配備有一個長約 2.1 米的五關(guān)節(jié)機(jī)械臂、43 個樣本采集管及一個 0.5 米長的樣本處理臂，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)實驗室（Jet Propulsion Laboratory）將“毅力號”打造成了一座可移動的實驗室，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。
具體來講，其載荷即 7 臺科學(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”的亮點之一，不僅要嘗試從二氧化碳中提取氧氣，為未來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源，從而實現(xiàn) NASA 的“造氧計劃”；
X 射線儀 PIXL：利用 X 射線對火星沙粒進(jìn)行更為精準(zhǔn)的分析；
火星地下實驗雷達(dá)成像儀 RIMFAX：以厘米級分辨率探測火星的地下結(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。
實際上，“毅力”號的「視覺系統(tǒng)」堪稱當(dāng)今火星車之最——不止上述的相機(jī)，“毅力號”共配有 23 個相機(jī)，大部分都是彩色相機(jī)。
其次是“毅力號”上搭載的 2 個麥克風(fēng)——既能收錄火星車登陸火星的聲音，火星上的風(fēng)吹草動也可以捕捉得到，而這也是美國火星探測器首次配備有這樣的設(shè)計。若順利的話，人類將首次聽到火星上的聲音。
同時，“毅力號”沿襲了其上一代火星車“好奇號”（Curiosity）的核動力驅(qū)動設(shè)計。
“毅力號”的核動力源「多任務(wù)放射性同位素?zé)犭姲l(fā)生器 MMRTG」由美國能源部提供，質(zhì)量為 45 公斤，將利用钚 238 原子核衰變釋放的熱量來產(chǎn)生 110 瓦的電能。此外，“毅力號”還包括兩個鋰離子可充電電池，作為瞬時大功率供電。
雷鋒網(wǎng)此前曾報道，在我國的“天問一號”探測器中，火星車以太陽能電池為動力。
相比太陽能供電，核動力擺脫了對太陽照射的依賴，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)定運行。但另一方面，核動力驅(qū)動也存在缺點，一是成本較高，二是放射性元素的不斷衰變會使得功率逐漸下降，其使用壽命約 14 年。
第四點在于“毅力號”的車輪設(shè)計。
事實上，在設(shè)計“毅力號”的過程中，“好奇號”工程團(tuán)隊亦有參與，大體上二者的設(shè)計較為相似。
不過，以“好奇號”為鑒，團(tuán)隊還著重對“毅力號”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，其計算機(jī)控制系統(tǒng)也值得關(guān)注。
雷鋒網(wǎng)了解到，“毅力號”的計算機(jī)系統(tǒng)符合航空工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括 2 個相同的、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，其運行速度比美國此前的“勇氣號”、“機(jī)遇號”火星所搭載的中央處理器快十倍。
正是因為“毅力號”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”，其重量足足增加了 17%。
可見，從大腦到身體，從眼睛到耳朵，“毅力號”實現(xiàn)了全副武裝。
跟隨火箭升空的不止黑科技滿滿的“毅力號”，還有一架小型太陽能無人直升機(jī)“機(jī)智號”（Ingenuity）。
“機(jī)智號”重 1.8 公斤，只攜帶相機(jī)，將通過相機(jī)跟蹤估計速度，從而實現(xiàn)視覺導(dǎo)航。此次，“機(jī)智號”配備的是高通驍龍?zhí)幚砥?、高通飛行控制面板以及 Linux 操作系統(tǒng)。
按照 NASA 的「火星直升機(jī)實驗」計劃，“機(jī)智號”作為一款技術(shù)演示器，將在火星車著陸后的 60-90 個火星日后進(jìn)行為期 30 天的飛行穩(wěn)定性測試，預(yù)計最多飛行 5 次，每天飛行不超過 3 分鐘，每次航程最遠(yuǎn) 300 米，最大高度 5 米。
值得一提的是，這架無人機(jī)雖說只是一款“試驗品”，但其設(shè)計規(guī)格仍然符合一款航天器的標(biāo)準(zhǔn)，可以承受火箭發(fā)射過程中產(chǎn)生的重力和振動。同時，“機(jī)智號”配備的抗輻射系統(tǒng)也保證了其在寒冷的火星環(huán)境中正常運行。
據(jù)了解，為建造“機(jī)智號”，NASA 已投資了約 8000 萬美元，另投資了約 500 萬美元，用以對直升機(jī)的運營。
可以說，此次試飛有望為行星探測直升機(jī)的開發(fā)工作邁出第一步。據(jù)工程團(tuán)隊透露，下一代無人機(jī)的重量可能在 5-15 公斤，有效載荷為 0.5-1.5 公斤，將來無人機(jī)可能會與軌道飛行器實現(xiàn)直接通信。
阿特拉斯 5 型火箭加持
毫無疑問，上述計劃對火箭的運載能力也提出了較高的要求。
為此，NASA 選定了阿特拉斯 5 型運載火箭（Atlas V-541）出馬。
這枚火箭名稱中的 541 實際上是指：
5 米的有效載荷整流罩；
4 個固體火箭助推器；
1 個單引擎半人馬座上級。
實際上，阿特拉斯系列火箭作為美國老牌火箭，其運載歷史已有 60 余年。
1957 年 12 月 17 日阿特拉斯號火箭的首次發(fā)射升空，為這一系列火箭的發(fā)展拉開了序幕。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 型開始廣泛運用。當(dāng)?shù)貢r間 2003 年 2 月 3 日，阿特拉斯 3 型正式退出歷史舞臺。
隨后登場的阿特拉斯 5 型運載火箭由美國兩家百年航空公司——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 4 次火星探測器發(fā)射任務(wù)，包括 2005 年的火星勘測軌道器、2011 年的“好奇號”、2013 年的“馬文號”軌道飛行器和 2018 年的“洞察號”。
20 世紀(jì) 60 年代以來，探測火星幾乎貫穿著整個人類航天史，但直到今天，全球范圍內(nèi)火星探測任務(wù)成功率還不足五成。
不過，美國在火星探測史上，始終保持著先行者的地位。
首次接近火星并發(fā)回數(shù)據(jù)的，是美國探測器——1964 年 12 月 28 日，“水手 4 號”在距火星表面 9800 千米的上空掠過火星，向地球發(fā)回 21 張照片，終于打破了火星探測失敗的魔咒。
首次進(jìn)入火星軌道的，也是美國的探測器——1970 年代，“水手 9 號”進(jìn)入環(huán)繞火星軌道。
在此之后，1975 年的海盜 1 號和海盜 2 號、1996 年的火星探路者、2003 年的精神號和機(jī)遇號、2008 年的鳳凰號、2011 年的好奇號、2018 年的洞察號相繼出征，讓我們對紅色星球的認(rèn)知不斷增加。
而此次“毅力號”，也將是 NASA 在半個多世紀(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，我國首個火星探測器“天問一號”在離地球約 120 萬公里處回望地球，拍下一張地球與月球在茫茫宇宙中相望的圖片，目前“天問一號”也還在前往神秘火星的旅途之中。
至此，2020 年火星探測窗口期的三次發(fā)射任務(wù)都已順利完成，祝愿三項任務(wù)最終都能圓滿成功，正如中國國家航天局局長張克儉所說：
探索浩瀚宇宙是全人類的共同夢想。讓我們以“天問”的勇氣，堅韌的“毅力”，奔向新的“希望”。
引用來源：
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
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