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2020年,是一個火星年,多顆火星探測器即將發(fā)射升空。火星車是多種高新技術(shù)的集成,也是各國深空探測競賽的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。在火星探測歷史上,曾經(jīng)有三代戰(zhàn)功卓著的火星車。
科幻大片《火星救援》中,馬克經(jīng)過長途跋涉,找到了遺留在火星表面上的火星車,利用火星車上的天線,他重新與地球上的工作人員取得聯(lián)系并最終獲救。影片中救了馬克一命的那輛火星車,并非是憑空捏造出來的,而是1996年發(fā)射升空,1997年7月4日登陸的火星車——索杰娜號。
索杰娜號是一輛小型火星車,僅10.6千克重。登陸火星前,它搭載在火星探路者號(Mars Pathfinder)著陸器上。登陸展開后的火星車,長65厘米,寬48厘米,高30厘米。搖臂轉(zhuǎn)向架可以檢測到20厘米高的巖石,如果火星車有側(cè)翻危險,坡度感應(yīng)器則會發(fā)出警報。因?yàn)閭€子太矮,所以從索杰娜拍到的照片中,火星上的石塊看起來都很高大。
索杰娜號的上甲板鋪設(shè)了一層太陽能電池,車內(nèi)安裝了一套電子系統(tǒng),設(shè)計壽命只有一星期。火星車有一根桿狀天線,但由于功率太小,無法將信號直接發(fā)送給地球,只能通過著陸器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),才能與地球通信。當(dāng)它正式工作時,地面工程師會通過著陸器,傳給它一系列運(yùn)動指令,引導(dǎo)它前進(jìn)。除了可以遙控駕駛,索杰娜還有一種自動駕駛模式——可以自主選擇路線,我們只需告訴它提前避開某些障礙物即可。
索杰娜走的很慢,最快的時候也只有1厘米/秒,這也是勇氣號、機(jī)遇號和好奇號設(shè)計的最快速度 。而且,它也離不開著陸器,只能一直圍繞著陸器工作。
由于重量限制,索杰娜的探測設(shè)備也很簡單,只在火星車后部安裝了一個簡易的彩色攝像頭和一臺能譜儀。遇到要分析的巖石時,火星車必須掉頭,讓車尾的能譜儀直接接觸石塊,才能進(jìn)行分析。
作為第一代火星車,索杰娜為此后更復(fù)雜、功能更強(qiáng)大的機(jī)器人火星車,擔(dān)當(dāng)起了“探路先鋒”的重任。
勇氣號和機(jī)遇號是一對“雙胞胎”,不僅外形長得一模一樣,連攜帶的探測設(shè)備也完全相同。小哥倆分別于2003年6月10日和7月7日前后腳發(fā)射,2004年1月4日和1月25日先后登陸火星。
勇氣號的目的地,是直徑約150千米的古謝夫撞擊坑。登陸后,勇氣號發(fā)現(xiàn),古謝夫并沒有沉積物,只有火山噴發(fā)的玄武巖。機(jī)遇號的目的地,位于火星赤道以南的子午線平原。那里特別平坦,厚達(dá)數(shù)百米的灰色赤鐵礦覆蓋在阿拉伯臺地上,看起來就像火山噴發(fā)的碎屑物質(zhì)。
勇氣號和機(jī)遇號之所以都選擇在赤道地區(qū)登陸,一是因?yàn)槟抢锏奶柲鼙容^充足,可以給火星車提供充足的電能;二是因?yàn)槟抢锏貏莸屯荩0屋^低,用降落傘進(jìn)行減速的距離更長,效果更好。
作為第二代火星車,勇氣號和機(jī)遇號各重170千克,是索杰娜號的16倍。它們的個子也要高得多,桅桿上導(dǎo)航相機(jī)的視場更寬,這讓地球上的工作人員看它拍攝的照片,就像身臨其境一般,因而能方便地操控火星車。
作為機(jī)器人“地質(zhì)學(xué)家”,勇氣號和機(jī)遇號的主要目的是分析火星巖石的物理特性、化學(xué)和礦物組成。火星上的沙塵暴常常席卷全球,因此,幾乎整個火星表面都覆蓋了一層紅色的沙塵。當(dāng)年,索杰娜號就被這層沙塵給蒙蔽了,它在著陸器周圍走來走去,看到的物質(zhì)成分都差不多。“吃一塹,長一智”,為了揭開沙塵底下的秘密,科學(xué)家給第二代火星車配備了專門清除石塊表面灰塵的不銹鋼刷頭,同時還配備了一個鉆頭。這個鉆頭可以在石頭上打磨出一個幾厘米深的圓孔,然后用光譜儀就可以分析巖石內(nèi)部的成分。
更令人稱道的是,作為一款低成本航天器,勇氣號和機(jī)遇號當(dāng)初的設(shè)計壽命只有短短的三個月(90個火星日,1個火星日比地球日約長半小時)。但是,它們的表現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人們的預(yù)期:勇氣號一直運(yùn)行至2010年,工作了6年多,跑了7.7千米;機(jī)遇號更是一直運(yùn)行至2018年(是設(shè)計壽命的59倍),工作了整整15年(約相當(dāng)于8個火星年),而且,它還是宇宙“馬拉松”比賽的冠軍,跑了45.16千米,超過一個全程馬拉松的長度。
好奇號屬于第三代火星車,質(zhì)量更重、體積更大、功能也更強(qiáng)大。它的外形尺寸與一輛私人轎車差不多,重約900千克,相當(dāng)于勇氣號或機(jī)遇號的5倍。因?yàn)樘兀圆荒芟袂叭v火星車那樣,用安全氣囊彈跳的方式登陸。為此,工程師們研發(fā)了一種全新的登陸方式——空中吊車。這種登陸方式,不僅可以把更重的設(shè)備運(yùn)到火星表面,而且相比用氣囊著陸,火星車受到的沖擊也要小得多。
作為第一輛沒有“翅膀”的火星車,好奇號采用同位素溫差發(fā)電機(jī),通過放射性元素衰變釋放的熱量進(jìn)行發(fā)電。由于不再受到太陽能發(fā)電的約束,好奇號著陸區(qū)的選擇范圍更寬。最終,它選擇了機(jī)遇號和勇氣號曾經(jīng)想去而不敢去的蓋爾撞擊坑。
好奇號還有一個官方的正式名稱——火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室。這是因?yàn)榈厍蛏弦粋€普通巖礦實(shí)驗(yàn)室能做的常規(guī)分析任務(wù),好奇號都能獨(dú)立完成。它配備了9臺科學(xué)儀器和1個環(huán)境探測包,光是相機(jī)就有3個。它能抓、能鏟、能鉆探,還能篩選、研磨、轉(zhuǎn)移到測試盒,添加化學(xué)試劑,進(jìn)行加熱,測量光譜,得到顯微圖像,真的就像一位合格的地質(zhì)學(xué)家。
好奇號的設(shè)計壽命只有2年,但目前仍然狀態(tài)良好,是唯一仍在正常運(yùn)行的火星車。好奇號發(fā)現(xiàn),蓋爾撞擊坑中曾經(jīng)有過一個淡水湖,這樣的中性環(huán)境顯然更適合生命的繁衍;它發(fā)現(xiàn)了一片鵝卵石,根據(jù)石頭的大小和圓度,科學(xué)家推測,這些鵝卵石是被水流從別處搬運(yùn)過來的;它還檢測到大氣中含有甲烷,如果是在地球上,根據(jù)這些數(shù)據(jù),科學(xué)家已經(jīng)可以宣布火星上有生命活動。樣品分析儀在土壤中檢測到多種有機(jī)物,但科學(xué)家還無法確定這些有機(jī)物的來源。因?yàn)槌松顒訒a(chǎn)生有機(jī)物,還有大量的有機(jī)物會隨著隕石和宇宙塵埃落到火星上。
顯然,科學(xué)家還需要更多的證據(jù),才能回答火星上究竟有沒有生命。而這,有待下一輛火星車來完成。目前,好奇號這艘核動力火星車的使命仍未終結(jié)。未來,它還會帶給我們哪些激動人心的發(fā)現(xiàn)呢?