NASA 核動力火星車帶上無人機探索生命!1090 萬人訂了票的「毅力號...

北京時間 2020 年 7 月 30 日 19 時 50 分，世界各地的網友在屏幕前用不同語言道出一聲「祝好運」，而屏幕裡，則是本年度火星探測窗口期 3 號選手的發射現場。

美國佛羅裡達州卡納維拉爾角空軍基地（Cape Canaveral Air Force Station）41 號發射場，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）發射升空。

終於，抱有美好「希望」的阿聯、從不乏「天問」精神的中國以及擁有強大「毅力」的美國，都順利向紅色星球進發！

生命跡象的探索之旅

對於火星車的命名，NASA 有個慣例——向兒童和青少年徵名。

當地時間 2020 年 3 月 5 日，NASA 正式公布，新一代火星車名為 Perseverence（意為「毅力」），這個名字來自維吉尼亞州的一位初一學生 Alexander Mather。

在發射任務直播節目一開始，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。）

踏上火星漫遊，本就是一項重重困難的任務；而由於運載火箭 Atlas V-541 在測試環節中問題頻出，「毅力號」發射任務也不得已再三推遲。

好在，「毅力號」終於順利出發，預計將在火星上工作至少一個火星年（約為地球上 687 天）。

不同於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」按計劃將於 2021 年 2 月 18 日以「空中吊車」方式登陸火星，到達位於火星北緯 18 度、西經 77 度區域的傑澤羅隕石坑（Jezero Crater），開始尋覓形成於 35 億年前的火星古代微生物生命跡象。

同時，「毅力號」還將採集火星上的巖石和土壤樣本，從而為之後的火星採樣返回任務做準備。

實際上，此次任務在方方面面都將人類想要登上火星的美好願望展現了出來。

此次，「毅力號」將攜帶太空衣 5 個部位的不同材料樣本進入火星，以期在火星的強烈輻射下進行測試，直接解決「太空人未來要在火星上穿什麼太空衣」的問題。

在「毅力號」上，搭載著三枚特殊的晶片，上面蝕刻著全球範圍內的 1090 萬個在 NASA 官網預定了「火星船票」的火星愛好者的名字。

可移動的實驗室

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，擁有著超強硬體。

「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 米的五關節機械臂、43 個樣本採集管及一個 0.5 米長的樣本處理臂，用於樣本採集、分析。

為完成一系列高難度任務，NASA 噴氣推進實驗室（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 臺科學儀器：

• 變焦全景相機 Mastcam-Z：位於桅杆上，不僅能鑑定巖石成分、輔助火星車行進，還能得到高清晰度的全景 3D 立體圖像；

• 火星環境動力學分析儀 MEDA：記錄、分析火星的大氣溫度、溼度、氣壓、風速、風向、沙塵大小與形態；

• 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，為未來太空人登陸火星吸氧做準備，其製備的氧氣還能作為太空飛行器返回地球的燃料來源，從而實現 NASA 的「造氧計劃」；

• X 射線儀 PIXL：利用 X 射線對火星沙粒進行更為精準的分析；

• 火星地下實驗雷達成像儀 RIMFAX：以釐米級解析度探測火星的地下結構；

• 紫外光譜儀 SHERLOC：利用紫外雷射分析物質，實現掃描可居住環境的目的；

• 雷射超距分析儀 SuperCam：遠距離分析巖石、土壤成分。

實際上，「毅力」號的「視覺系統」堪稱當今火星車之最——不止上述的相機，「毅力號」共配有 23 個相機，大部分都是彩色相機。

其次是「毅力號」上搭載的 2 個麥克風——既能收錄火星車登陸火星的聲音，火星上的風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）的核動力驅動設計。

「毅力號」的核動力源「多任務放射性同位素熱電發生器 MMRTG」由美國能源部提供，質量為 45 公斤，將利用鈽 238 原子核衰變釋放的熱量來產生 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。

雷鋒網此前曾報導，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，即便在夜間、沙塵暴天氣或冬季，火星車都可保證穩定運行。但另一方面，核動力驅動也存在缺點，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。

第四點在於「毅力號」的車輪設計。

事實上，在設計「毅力號」的過程中，「好奇號」工程團隊亦有參與，大體上二者的設計較為相似。

不過，以「好奇號」為鑑，團隊還著重對「毅力號」的車輪做了性能優化，新一代的鋁製車輪更厚、更耐用，同時寬度變小、輪徑（52.2 釐米）更大。在車輪表面，覆蓋著用於牽引的楔子和用於彈性支撐的彎曲鈦輻條。

另外，其計算機控制系統也值得關注。

雷鋒網了解到，「毅力號」的計算機系統符合航空工業標準，包括 2 個相同的、互為備份的模塊，即 RCE（Rover Compute Element），採用了 IBM PowerPC 750 架構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、儀器套件體積增大，加之火星車上新的取樣和緩衝系統，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」實現了全副武裝。

將無人機飛上火星

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「機智號」（Ingenuity）。

「機智號」重 1.8 公斤，只攜帶相機，將通過相機跟蹤估計速度，從而實現視覺導航。此次，「機智號」配備的是高通驍龍處理器、高通飛行控制面板以及 Linux 作業系統。

按照 NASA 的「火星直升機實驗」計劃，「機智號」作為一款技術演示器，將在火星車著陸後的 60-90 個火星日後進行為期 30 天的飛行穩定性測試，預計最多飛行 5 次，每天飛行不超過 3 分鐘，每次航程最遠 300 米，最大高度 5 米。

值得一提的是，這架無人機雖說只是一款「試驗品」，但其設計規格仍然符合一款太空飛行器的標準，可以承受火箭發射過程中產生的重力和振動。同時，「機智號」配備的抗輻射系統也保證了其在寒冷的火星環境中正常運行。

據了解，為建造「機智號」，NASA 已投資了約 8000 萬美元，另投資了約 500 萬美元，用以對直升機的運營。

可以說，此次試飛有望為行星探測直升機的開發工作邁出第一步。據工程團隊透露，下一代無人機的重量可能在 5-15 公斤，有效載荷為 0.5-1.5 公斤，將來無人機可能會與軌道飛行器實現直接通信。

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 餘年。

1957 年 12 月 17 日阿特拉斯號火箭的首次發射升空，為這一系列火箭的發展拉開了序幕。20 世紀 50 年代，阿特拉斯 2 型得以發展，到了 60 年代，阿特拉斯 3 型開始廣泛運用。當地時間 2003 年 2 月 3 日，阿特拉斯 3 型正式退出歷史舞臺。

隨後登場的阿特拉斯 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、波音公司研製，隸屬聯合發射同盟。

在此次發射任務之前，阿特拉斯 5 型已經執行過 4 次火星探測器發射任務，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」。

我們的徵途是星辰大海

20 世紀 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，全球範圍內火星探測任務成功率還不足五成。

不過，美國在火星探測史上，始終保持著先行者的地位。

首次接近火星並發回數據的，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，向地球發回 21 張照片，終於打破了火星探測失敗的魔咒。

首次進入火星軌道的，也是美國的探測器——1970 年代，「水手 9 號」進入環繞火星軌道。

在此之後，1975 年的海盜 1 號和海盜 2 號、1996 年的火星探路者、2003 年的精神號和機遇號、2008 年的鳳凰號、2011 年的好奇號、2018 年的洞察號相繼出徵，讓我們對紅色星球的認知不斷增加。

而此次「毅力號」，也將是 NASA 在半個多世紀「探火」基礎上的又一重要突破，不論最終成功與否，都將為世界航天事業做出了巨大貢獻。

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 萬公裡處回望地球，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射任務都已順利完成，祝願三項任務最終都能圓滿成功，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

雷鋒網(公眾號：雷鋒網)

雷鋒網原創文章，未經授權禁止轉載。詳情見轉載須知。