[車友頭條-車友號-車聞軼事] 今天(2020年7月23日)中午中國航天人又完成了一次壯舉:載有「天問一號」火星探測器的長徵五號火箭發射升空,開始了它長達7個月、上億公裡的漫長徵途。儘管「天問一號」是我國的首次火星探測任務,但中國航天人並沒有選擇「新手模式」,而是直接上了「地獄難度」:一次實現「繞、落、巡」三大目標。想要「巡」就需要有一臺車,今天咱們就來聊聊火星車的那些事兒。
其實最後負責「巡」的那臺車學名應該叫「巡視器」,只是人們習慣管它叫「火星車」。這次「天問一號」的火星車是昨天和北京越野的新款BJ80(參數|詢價)一起發布的,不過別誤會,火星車的研製單位並不是北汽,而是中國航天科技集團下屬的中國空間技術研究院。
在新款BJ80發布會上實力搶鏡的火星車有六個小車輪,這和此前的「玉兔」系列月球車以及美國的火星車一樣。火星車的行駛速度為200米/小時,不出意外的話它應該也是六輪獨立驅動,四輪獨立轉向。
「天問一號」所載火星車一共有四片太陽能電池板,展開後如同蝴蝶翅膀一樣分列在車體兩側,比「玉兔」月球車多兩片,這是因為火星距太陽較遠,而且火星大氣層也會削減陽光作用,因此就有了更多的「翅膀」。
火星到地球距離很遠,光速的信號也要延遲15分鐘,不可能在地球上實時遙控,因此火星車必須具備很強的自動駕駛能力。「天問一號」火星車的車頭有一根高高的桅杆,桅杆頂部方形盒子上的雙目攝像頭就像機器人的兩個眼睛,它能觀測車輛前方的地形地貌,避開障礙,同時還可幫助實現局部路徑規劃及多輪運動協調控制等功能。
火星車不光有車的功能,實際上還是個空間實驗站,除了剛才提到的地形相機,它還有光譜相機、次表層探測雷達、表面成分探測儀、表面磁場探測儀和氣象測量儀,能夠實現對火星的表面地貌、土壤特徵、礦物成分、水冰、電離層、磁場等方面進行科學探索。
登陸火星後,這臺火星車將會工作90多天,不過根據以往的經驗,探索車的工作時限往往要比設計壽命長很多,不把它用到「油盡燈枯」科學家們是不會善罷甘休的。
火星是太陽系中最接近地球的行星,也被人們認為是最有可能移民的星球,因此也成為了人類探索最多(花錢也最多)的行星。早在上世紀60年代,人類就開始了對火星的太空探測,1971年前蘇聯的「火星2號」探測器裝載了人類第一臺火星車。
「火星2號」著陸器所載的Prop-M火星車僅重4.5公斤,它有一根15米長的線纜與著陸器相連,因此15米也就是它的最大活動半徑。這臺車最有意思的地方是並沒有車輪,而是通過車側的兩個雪橇形搖臂一步一步往前挪,就像我們小時候上發條的玩具機器人一樣。
科學家沒能檢驗「火星2號」和Prop-M火星車的性能,因為它們在降落過程中出現故障,直接墜毀在了火星表面。不過「火星2號」也用這種粉身碎骨的慘烈形式拿下了「首個在火星表面著陸人造探測器」的稱號。
「火星2號」著陸失敗,不過蘇聯人還有備份,這就是和「火星2號」一模一樣的「火星3號」。它比前者晚幾天發射,當然也晚了幾天著陸。「火星3號」的著陸非常成功,然而著陸後只工作了14秒就與地球永久失去了聯繫,連一張完整的照片也沒能回傳……
接連的失敗並沒有讓人類停止探索火星的腳步,接下來美蘇又接連發射火星探測器,其中有成功也有失敗,但都沒有火星車,直到1997年,美國「火星拓荒者號」探測器攜帶的「旅居者號」火星車終於成功走上了火星的表面。
「旅居者號」有一塊一次性電池和一個太陽能電池板,電池耗盡後就只能靠電池板在日間活動了。它的中央處理器是Intel 8085,主內存為64kB,前置相機的解析度為484×768。儘管「旅居者號」行走了100多米後就一直在「火星拓荒者號」周圍轉圈,但它工作了近三個月,回傳了超過1萬張照片和大量科學數據,邁出了人類探索火星的堅實一步。
體重只有11.5kg的「旅居者號」回傳了令人振奮的消息,於是美國人再接再厲繼續向火星探索。經過了1999年短暫的失敗後,NASA在2003年開始了火星探測漫遊者計劃的火箭發射。2004年1月4日,「勇氣號」火星車成功著陸火星表面。
「勇氣號」火星車比其前任重了十多倍,達到185kg,其六個車輪可獨立驅動,搖臂式懸架可以讓它在崎嶇環境中每個輪子都緊貼路面。其最高速度為50mm/s,平均速度10mm/s,每行駛10秒就會停車20秒來觀察地形。
「勇氣號」還有個雙胞胎車型,名叫「機遇號」。「機遇號」比大哥晚了三周到達火星,它的結構和儀器都跟「勇氣號」一樣。它們採用太陽能電池板供電,考慮到火星上的沙塵會漸漸蓋住電池板,所以在NASA計劃中它們只能工作90天,但因為數次大風吹掉了電池板上的灰塵,所以壽命大大提高。其中「機遇號」足足工作了15年零20天……
後來美國NASA又在2011年11月發射了「好奇號」火星車,2012年8月5日,在飛行了5.63億公裡後,「好奇號」在火星的蓋爾撞擊坑成功著陸。「好奇號」火星車的大小是「勇氣號」的兩倍,重量則達到了近5倍,為900kg。
「好奇號」原本的任務時長是2年,但你也能想到,它的退休日期被無限延後了。到如今「好奇號」的主要成果是發現火星不存在甲烷,也就是說沒有甲烷微生物;另外它發現火星土壤中有豐富的水分,也就是說有足夠的水資源給未來的移民用。另外,在2015年10月,「好奇號」還趕時髦在百忙之中拍了一張自拍,其目的是讓科學家觀察其車身狀態。
2020年夏天是兩年一度的火星接近地球的窗口期,也是探測火星扎堆的時期,除了我國的「天問一號」,美國也正在準備最新的火星2020探索車任務。這一次的火星車「毅力號」是在「好奇號」基礎上研製的,主體結構差不多,但所載的科學儀器有些不同。最特別的地方是它將攜帶一個名為「獨創號」的無人機。「毅力號」計劃在2020年7月30日發射,並將在2021年2月份著陸。
除了以上這些,現在普遍還將歐盟在2003年發射的「小獵犬2號」(著陸後失蹤)和美國2018年的「洞察號」歸入火星車一列,只是從照片來看它們沒有輪子,也不能動……不知道跟車有什麼關係。
總結:
「天問一號」並不孤單,因為迄今已經有8臺火星車(算上「小獵犬2號」和「洞察號」的話)在那個紅色的星球上了。不過這並不意味著火星之旅就一定會順利,據統計人類探索火星項目的成功率僅為一半,那是一條充滿挑戰的路,祝福我們的「天問一號」能順利平安吧!