火星探测漫游者

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据国外媒体报道,NASA的“机遇号”火星探测器能够如此长寿,靠的不仅仅是运气而已。2004年1月,机遇号和它的孪生兄弟勇气号相隔几周,相继降落在火星表面。当时为它们设定的任务时长为90天,目标为寻找火星远古时期水活动的迹象。勇气号对火星的探索持续到2010年,机遇号则一直持续到去年六月、一场规模巨大的沙尘暴席卷火星为止。

[据航天参考网站12月2日报道]
在经过7个月太空飞行之后,NASA的一对火星漫游者“勇气”号和“机遇”号将于2004年1月穿过火星大气层,着陆在火星表面,它们又将面临一个新的挑战。这两个有着高尔夫球手推车大小的漫游者将寻找证据,以证明火星上是否曾经存在过生命。这两个漫游者中,“勇气”号将首先着陆。NASA喷气推进实验室的工程们将指挥“勇气”号于2004年1月3日夜间着陆在可能曾经出现过湖泊Gusev环形山附近。三个星期后,“机遇”号将在Meridiani平原区域着陆,这一区域含有暴露的矿物沉淀物,这种矿物质通常是在潮湿的环境下形成的。在着陆过程中,“勇气”号将以每秒5400米的速度撞击火星大气层顶部,在之后的4分钟内,由于大气层摩擦力,将使其速度减至每秒430米。在着陆前不到两分钟的时候,打开其降落伞。在最后6秒钟,安全气袋冲气,制动火箭点火,系留绳在地面约15米高处被切断。

两部“火星探测漫游者”是为了在火星上进行至少三个月的搜索,以寻找火星上存在水的证据而设计的。这些登陆器装备了一部下视的摄像机和一部雷达。

▲在这张由NASA火星探测器“机遇号”全景摄像▲机拍摄的照片中,一个名叫“圣路易斯精神”的陨石坑和一块尖尖的岩石占据了画面的主体。

结构特点使用情况结构特点

NASA喷气推进实验室“火星探测漫游者”项目主管约翰•卡拉斯表示,勇气号和机遇号的运行时间之所以能大大超出原定计划,是一系列因素综合起来的产物。

这两部六轮“漫游者”都装备一块太阳能电池甲板、三架天线、一架高架的全景摄像机和一只携带了大多数科学研究设备的机械臂。电子设备箱由电加热器和8部放射性同位素加热器来保温。Rocker-bogie悬挂系统的接合处能够弯曲。导航软件和危险规避能力使它能够前进到计算机中设定的目的地。

其中之一是火星天气。任务团队刚开始将任务时长设为90天,是因为他们当时认为,火星上的沙尘不久便会遮蔽两台火星探测器的太阳能电池板,使其无法运行。但在第一个火星冬季尚未到来时,火星表面的强风就把太阳能电池板上的沙尘吹拂一空了。而且这种有利事件接连不断地发生。

使用情况

“这成为了一种稳定的季节性事件,让两台火星探测器不仅成功度过了第一个冬天,后面的每个冬天都得以顺利度过,并不断探测下去。”卡拉斯在喷气推进实验室宣布“火星探测漫游者”项目结束的仪式上表示。

“勇气(Spirit)”号(于2004年1月4日)降落在了Gusev环形山中,而“机遇(Opportunity)”号降落在了Meridiani
Planum(子午线平原)的一个小撞击坑内。到2007年6月为止,这两架“漫游者”仍在运行。“勇气”号爬上了比平原高出106米(348英尺)的哥伦比亚山的山顶,它六个轮子中的一个不能使用了。在第1225个火星日(2007年6月14日)时,“勇气”号已经在火星上行进了7.1公里(4.4英里)。“机遇”号探索了几座环形山,到它的第1204个火星日(2007年6月14日)时,它的总行进距离达到了11.4公里(7.1英里)。

两台漫游车还有“整个太阳系最出色的电池。”卡拉斯补充道。机遇号的主电池经历了5000多个“充电-放电‘周期,直至最后被沙尘暴袭击时,电池容量还剩下85%。

能够清除灰尘的强风,加上性能出众的电池,“使我们拥有了熬过最冷、最黑暗的火星冬季、并继续探索的关键能量。”卡拉斯说道。

▲右图为机遇号在2014年3月末拍的“自拍照”。与同年1月拍摄的一张相似照片相比,可以看出太阳能电池板上的大部分灰尘都被清理干净了。

当然,两台探测器的卓越设计不仅体现在电池上。勇气号和机遇号的其它各个部件都极为坚固耐久,如电子“大脑”、轮子、科学仪器等。在距地球数百万公里之外那个冰冷、干燥、充满辐射的世界,它们坚持的时间长得令人惊叹。

NASA强调,探测器操控员们也值得很高的赞誉。机遇号和勇气号都遇到过一些棘手的情况,需要很出色的创造力和决断力,而且要很长时间才能完成修正。比如2005年,机遇号曾经陷入了一堆软沙中。机遇号的操控员们在喷气推进实验室模拟火星环境的“沙盒”中测试了多种可能的解决方案,最终在压力重重的几周后,成功将机遇号救了出来。

此外,该团队常常让机遇号倒着开,以延长右前轮的使用寿命。机遇号的右前轮消耗的电流有时会比额定电流大一些。“我们在解决问题、让机遇号持续运行、继续探索等方面很有创新精神。”卡拉斯说道。

那么,最终是什么东西“杀死”了这两台火星探测器呢?

2009年,勇气号陷入了一些软沙中。任务团队反复尝试将其解救出来,却总是以失败告终。勇气号因此度过了一个难熬的冬天,因为它无法通过控制方向获得阳光。2010年,勇气号与地球进行了最后的通讯。2011年,NASA正式宣告了勇气号的“死亡”。从本质上来说,它可以说是被“冻死”的。

机遇号的生命则终结于一场创纪录的全球性沙尘暴中。它之前也经历过几次沙尘暴,但2018年的那场实在超出了它的承受能力。

有意思的是,要不是因为2004年降落不久后的一点小故障,机遇号原本可能有机会熬过这场沙尘暴的。当时,机遇号机械臂上的一台加热器卡在了“开”模式。机遇号操控员决定每晚将探测器上的一切装置统统关闭,也包括这台加热器在内,防止这台出问题的加热器把至关重要的电池电力消耗殆尽。

“探测器的温度当然会下降,但仍能保持一定温度,这样当早晨太阳升起后,各个装置便可以继续充电。它从未降到温度下限以下过。”卡拉斯指出。

如果任务团队当初没有采取这项措施,机遇号的运行时间可能比原定的90天长不了多久。

但当机遇号在去年那场沙尘暴中耗尽电力之后,它的任务时钟可能出了问题,导致该探测器不知何时该切换到深度睡眠模式。

“因此它可能并未按需要的那样、在夜间切换成睡眠模式。再加上加热器一直卡在‘开启’上,耗光了太阳能电池板利用阳光给电池充上的电力。”卡拉斯解释道,“除了沙尘暴期间温度更低、阳光更少等事实之外,这可能也是机遇号一蹶不振的原因之一。”

“火星探测漫游者”项目首席科学调查员史蒂夫•斯奎尔斯表示,无论具体情况如何,勇气号和机遇号在火星上的牺牲都堪称光荣。该任务也做出了巨大的科学贡献。两台探测器都发现了大量证明火星在数十亿年前曾经“湿润”的证据,大大改变了我们对火星的演变过程和远古时期宜居可能性的认识。勇气号甚至发现了一套古老的热液系统,说明火星至少有一部分曾同时拥有液态水和能量来源。就我们所知,这是生命形成的两大关键要求。

因此斯奎尔斯表示,机遇号的“死亡”和火星探测漫游者任务的终结令他颇感欣慰。

“如果它注定要终结,那这也是个不错的结局。”

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