美國東部時間18日下午(北京時間19日凌晨)，美國“毅力”號火星車成功登陸火星，成為美國國家航空航天局(NASA，以下簡稱美國航天局)第5個成功登陸的火星車。“毅力”號將在火星采集樣本并試圖尋找生命存在的證據(jù)。

這是2月18日“毅力”號火星車著陸后拍攝的火星照片。新華社發(fā)(美國航天局供圖)

探索火星任務(wù)剛剛開始

據(jù)美國航天局介紹，“毅力”號于美國東部時間18日15時48分許(北京時間19日4時48分許)進(jìn)入火星大氣層，在7分鐘內(nèi)完成進(jìn)入、下降和著陸，于15時55分許在火星赤道以北的耶澤羅隕石坑著陸。

美國航天局表示，“毅力”號成功完成火星著陸，但其探索火星的任務(wù)才剛剛開始。未來數(shù)周“毅力”號將進(jìn)行一系列測試，隨后開始對耶澤羅隕石坑長達(dá)兩年的探測任務(wù)。

“毅力”號于去年7月30日從美國佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角空軍基地升空，在歷經(jīng)203天飛行后抵達(dá)火星。“毅力”號是美國航天局造訪火星表面的第九個探測器，其任務(wù)包括尋找火星遠(yuǎn)古時期可能存在過的生命跡象，探索火星的地質(zhì)和氣候特征，為未來人類探索和登陸火星探路等。

據(jù)美國航天局介紹，“毅力”號將是首個從火星采樣以供送回地球的探測器，它從火星上采集的巖石和土壤樣本未來將在其他火星探測任務(wù)中被帶回地球。

首架火星直升機(jī)“機(jī)智”號隨“毅力”號一同在火星著陸。“機(jī)智”號成為首架在其他行星飛行的直升機(jī)，任務(wù)團(tuán)隊將通過它驗(yàn)證在火星大氣層飛行所需要的技術(shù)，為研發(fā)未來機(jī)器人或人類探索火星時攜帶的先進(jìn)飛行器打下基礎(chǔ)。

這是2月18日“毅力”號火星車拍攝的火星照片。新華社發(fā)(美國航天局供圖)

將探索火星生命跡象

美國航天局副局長托馬斯·楚比興表示，“毅力”號是美國航天局迄今為止最宏大的火星車探測任務(wù)，主要任務(wù)是尋找火星上是否存在過生命跡象。為找到答案，任務(wù)團(tuán)隊為“毅力”號在耶澤羅隕石坑著陸做了最充分準(zhǔn)備，這個區(qū)域也是有史以來探測器登陸火星最艱難的區(qū)域。

具體來說，“毅力”號計劃實(shí)施為期一個火星年(687個地球日)的探測。具體任務(wù)包括4個目標(biāo)。

目標(biāo)一：尋找可居住性，發(fā)現(xiàn)在火星遠(yuǎn)古時期可能支持微生物生存的環(huán)境中形成的巖石，或被微生物改變的巖石，確定火星過去確實(shí)存在著能夠支持微生物生存的環(huán)境。

目標(biāo)二：尋找生物特征，在那些適宜居住的環(huán)境中尋找可能存在的遠(yuǎn)古微生物跡象，特別是在那些能長期保存生命跡象的特殊巖石中。

目標(biāo)三：暫存樣本，從大約30個有希望找到生物痕跡的巖石和表土目標(biāo)上鉆取樣本，并將其存儲在火星表面的具體位置。

目標(biāo)四：為載人登陸做準(zhǔn)備，測試從火星二氧化碳大氣中產(chǎn)生氧氣的能力?；鹦谴髿夥浅Ｏ”?，而且二氧化碳含量高達(dá)96%。人類肯定不能直接呼吸火星大氣，但二氧化碳的存在，讓人們看到了制取氧氣的希望。假如能夠用火星大氣制氧，未來的火星基地就可以自己解決呼吸問題，還可以支持更大規(guī)模的火星科考與資源開發(fā)。

在火星表面作業(yè)中，“毅力”號的主要工作是在石頭上打洞。具體分為以下幾個步驟：

第一步：找到有價值的巖石。科研人員特別希望能找到在水中形成或被水改變的巖石。水是生命的關(guān)鍵，如果這些巖石含有有機(jī)分子，那就更有趣了。

第二步：采集巖樣。一旦科研人員確定了一個感興趣的巖石目標(biāo)，“毅力”號就會動用鉆機(jī)，鉆出一個核心樣本。鉆機(jī)的原理和我們在地球上給空調(diào)打孔的水鉆一樣，但考慮到“毅力”號的承載能力和發(fā)電功率都很有限，而且也不可能加水冷卻及潤滑，它的鉆取深度只有2英寸(大約5厘米)。

第三步：密封巖石樣本。巖芯樣品鉆取下來后，就要放進(jìn)預(yù)先清洗過的樣品管里，蓋上蓋子。按照地球上巖石的密度計算，每個樣品重約半盎司(15克)。

第四步：攜帶樣品。存好樣品后，“毅力”號會把管子插進(jìn)自身攜帶的一個儲存架上，然后帶著它繼續(xù)行進(jìn)，直到任務(wù)小組在火星表面選好一個臨時存儲位置為止。因?yàn)檫@些樣品來之不易，所以任務(wù)小組把這些臨時位置稱為“戰(zhàn)略位置”。

最后一步：保存樣本。將火星樣本放在火星表面的一個位置，等待2022年美國航天局發(fā)射另一個探測器到火星。這個探測器具備從火星表面起飛的能力，它會找到“毅力”號存放樣品的地方，把它取走帶回地球。

這張示意圖顯示美國“毅力”號火星車在火星著陸的過程。新華社發(fā)(美國航天局供圖)

迄今為止最復(fù)雜的火星車

作為美國航天局耗資27億美元的“火星2020”任務(wù)的絕對主角——“毅力”號火星車的著陸方式和好奇號火星車在2012年8月著陸火星的方式一樣，包括降落傘、下降飛行器和一種被稱為“天空起重機(jī)”的方法：在著陸前的最后幾秒鐘，用一個火箭反推懸浮的天車，把火星車吊掛著放在地面上。

當(dāng)然，“毅力”號也不是完全沿用“好奇”號的著陸技術(shù)，而是采用了一些新技術(shù)。比如“距離觸發(fā)”技術(shù)，可以把橢圓形預(yù)定著陸區(qū)的尺寸減小50%以上。其關(guān)鍵是選擇合適的時機(jī)來釋放下降飛行器的降落傘。早期的任務(wù)中，探測器會在火星大氣中摩擦減速，達(dá)到預(yù)期速度后盡早開傘。“毅力”號則不然，它會根據(jù)探測器相對于預(yù)定著陸位置的距離開傘。如果探測器有可能錯過目標(biāo)區(qū)，就要提前開傘;如果可能無法抵達(dá)目標(biāo)區(qū)，就要錯后開傘。

地形相對導(dǎo)航技術(shù)和我國嫦娥四號探測器所采用的降落導(dǎo)航技術(shù)有相似的地方。“毅力”號特別適合地形復(fù)雜、有陡坡和大塊巖石、比較危險的地方。它的工作原理很容易解釋：首先是繞著火星飛行的探測器拍攝和繪制了著陸地點(diǎn)的地圖，把可能的風(fēng)險都標(biāo)注出來。這張地圖會存儲在“毅力”號的電腦里。開傘后，“毅力”號會打開相機(jī)拍攝火星地面情況，把實(shí)際看到的地表與存儲的地圖進(jìn)行對比。如果“毅力”號發(fā)現(xiàn)自己正向著危險地表接近(判斷范圍大約是300米邊長的區(qū)域)，可以改變方向，選擇一個更加安全的區(qū)域降落。

鉆探工作的主角是“毅力”號的機(jī)械臂。這條2.1米長的機(jī)械手臂可以像人的手臂一樣運(yùn)動。它有肩膀、肘部和手腕關(guān)節(jié)，保證了最大限度的靈活性。這只手臂可以讓火星車像人類地質(zhì)學(xué)家一樣工作，用“手”或轉(zhuǎn)塔握住和使用科學(xué)工具?；鹦擒嚨?ldquo;手動工具”可以從巖石中提取巖芯，拍攝顯微圖像，分析火星巖石和土壤的元素組成和礦物組成。這條機(jī)械臂有5個自由度，是通過名為“旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器”的微型馬達(dá)實(shí)現(xiàn)的，這5個自由度是肩關(guān)節(jié)、臂關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)和轉(zhuǎn)塔關(guān)節(jié)。手臂末端轉(zhuǎn)塔就像一只手，可以握持相機(jī)、礦物和化學(xué)分析儀，用來研究火星過去的可居住性，并選擇最具科學(xué)價值的樣本進(jìn)行儲存。

除“毅力”號本身外，它還攜帶了1架名為“機(jī)智”號的小型直升機(jī)，能夠?qū)鹦擒囍憛^(qū)域附近進(jìn)行空中偵察。一旦成功，“機(jī)智”號將成為人類首架在其他行星上飛行的可控飛行器。“機(jī)智”號的命名來自美國亞拉巴馬州高中生瓦尼莎·魯帕尼，最終被美國航天局選中。據(jù)悉，只有1.8公斤重的“機(jī)智”號，并未配備科學(xué)儀器。它由兩個反向旋轉(zhuǎn)的螺旋槳提供升力，旋轉(zhuǎn)角速度為2400轉(zhuǎn)/分鐘，水平移動速度10米/秒，爬升速度3米/秒。“機(jī)智”號將在一個月的試驗(yàn)行動中開展一系列短時飛行任務(wù)。美國航天局表示，若獲成功，“機(jī)智”號有望為未來利用旋翼飛機(jī)對火星開展廣泛的空中探測鋪平道路。

(綜合新華社、中國新聞網(wǎng)、中國航天報微信公眾號)

標(biāo)簽： 探索火星 美國毅力號