最精密移動(dòng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室“好奇”號(hào)成功登陸火星

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美國(guó)東部時(shí)間6日凌晨，遠(yuǎn)征5.67億公里的美國(guó)“好奇”號(hào)火星車(chē)歷經(jīng)8個(gè)月飛行，在位于火星蓋爾隕坑中心山脈的山腳下成功著陸，開(kāi)始其探索火星生命痕跡的旅程。

“好奇”號(hào)被譽(yù)為人類在其他星球登陸的最精密移動(dòng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，是美國(guó)太空探索歷史上又一“重要里程碑”，在美國(guó)航天預(yù)算緊縮時(shí)期，尤顯難能可貴。在確認(rèn)登陸成功后，負(fù)責(zé)“好奇”號(hào)運(yùn)行、位于洛杉磯近郊的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)一片沸騰。美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬就此發(fā)表書(shū)面聲明稱，“好奇”號(hào)的成功登陸是有史以來(lái)最復(fù)雜的一次登陸星球任務(wù)，同時(shí)標(biāo)志著史無(wú)前例的技術(shù)上的勝利，也增加了美國(guó)人對(duì)未來(lái)太空探索的信心。專程前往實(shí)驗(yàn)室觀看“好奇”號(hào)著陸的白宮科技政策辦公室主任霍爾德倫表示，“這是行星探索的巨大一步”。

登陸火星數(shù)分鐘后，“好奇”號(hào)首次向地球傳回火星圖像，首幀圖像是低分辨率的黑白影像。受光線的影響，照片上顯示的是火星車(chē)的輪子及其陰影。在隨后的一星期內(nèi)，由其他相機(jī)設(shè)備拍攝的分辨率更高的圖像和彩色圖像也將陸續(xù)傳回地球。

“好奇”號(hào)火星車(chē)

作為美國(guó)火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目的著陸器，美國(guó)航天局2008年為其舉行征名活動(dòng)，最終來(lái)自堪薩斯州的一名6年級(jí)學(xué)生提出的“好奇”號(hào)被選中。

“好奇”號(hào)長(zhǎng)約2.8米，重900多千克，長(zhǎng)度是2004年在火星著陸的“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)火星車(chē)的兩倍，重量是它們的5倍多。它共有6個(gè)輪子，每個(gè)均擁有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，兩個(gè)前輪和兩個(gè)后輪還配有獨(dú)立的轉(zhuǎn)向馬達(dá)。這一系統(tǒng)可以使“好奇”號(hào)在火星表面原地360度轉(zhuǎn)圈。“好奇”號(hào)輪子直徑是“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)的兩倍，足以使其克服75厘米高的障礙物。

“好奇”號(hào)的動(dòng)力由一臺(tái)多任務(wù)放射性同位素?zé)犭姲l(fā)生器提供，其本質(zhì)上是一塊核電池。該系統(tǒng)主要包括兩個(gè)組成部分：一個(gè)裝填钚－238二氧化物的熱源和一組固體熱電偶，可以將钚－238產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為電力。這一系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用壽命為14年。

據(jù)悉，“好奇”號(hào)的著陸點(diǎn)位于火星蓋爾隕坑中心山脈的山腳下，此前的研究顯示，這一地區(qū)可能富含水及碳化合物?！昂闷妗碧?hào)的總投資達(dá)25億美元，超過(guò)最初預(yù)算10億美元?！昂闷妗碧?hào)原計(jì)劃2009年升空，2010年著陸，但研制過(guò)程比預(yù)計(jì)要耗時(shí)，其成本也因此被推高。它是迄今為止最昂貴的火星探測(cè)項(xiàng)目。

“好奇”號(hào)著陸

“恐怖7分鐘”

在“好奇”號(hào)登陸火星的過(guò)程中，最驚險(xiǎn)的歷程當(dāng)屬進(jìn)入火星大氣層、下降然后著陸。在短短7分鐘內(nèi)，“好奇”號(hào)時(shí)速將由約2萬(wàn)公里下降至零，由于難度高、風(fēng)險(xiǎn)大，美國(guó)航天局稱之為“恐怖7分鐘”。

“好奇”號(hào)進(jìn)入火星大氣層的切入點(diǎn)距著陸點(diǎn)高度約為131公里，切入時(shí)速度約為每秒5.9公里。進(jìn)入火星大氣層之前，飛行器隔熱罩上安裝的小型發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，調(diào)整飛行器姿態(tài)，將隔熱罩正對(duì)前方。

切入大氣層后，飛行器將通過(guò)拋掉兩塊鎢質(zhì)載荷的方式錯(cuò)開(kāi)原有重心位置，幫助飛行器與火星大氣層發(fā)生劇烈摩擦?xí)r獲得升力。降落傘打開(kāi)之前，隔熱罩再次拋掉一組物質(zhì)負(fù)荷，為降落傘順利打開(kāi)做好準(zhǔn)備。降落傘在飛船距火星表面約11公里時(shí)啟動(dòng)，名為“天空起重機(jī)”的助降設(shè)備及“好奇”號(hào)降速后，逐步與隔熱罩、降落傘分離，“天空起重機(jī)”上安裝的8臺(tái)反沖推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)，進(jìn)入有動(dòng)力的緩慢下降階段。

著陸時(shí)，當(dāng)反沖推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)將“天空起重機(jī)”和“好奇”號(hào)組合體的速度降至大約每秒0.75米之后，幾根纜繩伸出，將“好奇”號(hào)從“天空起重機(jī)”中吊出，懸掛在下方。此時(shí)，“天空起重機(jī)”和“好奇”號(hào)組合體距火星表面已經(jīng)很近。隨著組合體的進(jìn)一步下降，纜繩不斷被拉長(zhǎng)，“好奇”號(hào)火星車(chē)的輪子和抗震系統(tǒng)在觸地時(shí)立刻啟動(dòng)，纜繩會(huì)被立即自動(dòng)切斷，“天空起重機(jī)”隨后在距離“好奇”號(hào)一定安全距離范圍內(nèi)著陸。

將“好奇”號(hào)在7分鐘內(nèi)由時(shí)速約兩萬(wàn)公里驟降至零并非易事?！昂闷妗碧?hào)項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)由美國(guó)航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)，該實(shí)驗(yàn)室工程師亞當(dāng)·斯泰爾茨納認(rèn)為，“好奇”號(hào)著陸“難度系數(shù)高于10”。

早期火星登陸器均包裹在氣囊內(nèi)“砸”在火星表面。這種著陸方式對(duì)“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)等個(gè)頭較小、重量較輕的探測(cè)器來(lái)說(shuō)還行得通。不過(guò)，“好奇”號(hào)重近1噸，是“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)的5倍多，老方法已不適用。

因此，科學(xué)家只能另尋他途。火星大氣層比較稀薄，如果沒(méi)有外力相助，單靠火星大氣的摩擦阻力最多只能使“好奇”號(hào)時(shí)速由約兩萬(wàn)公里降至約1600公里。選擇可以制動(dòng)降落的“天空起重機(jī)”無(wú)疑可以解決降速問(wèn)題。

對(duì)人類發(fā)射的著陸器來(lái)說(shuō)，火星歷來(lái)不是個(gè)好去處，事實(shí)上，人類發(fā)射的半數(shù)以上火星探測(cè)器均以失敗告終。盡管美國(guó)有過(guò)成功先例，但這并不能為“好奇”號(hào)著陸成功“打包票”。即便整個(gè)復(fù)雜的著陸過(guò)程已經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，火星表面的反常沙塵暴、突然的大風(fēng)或其他問(wèn)題都可能使著陸失敗。等到2.4億公里外的科學(xué)家接到信號(hào)時(shí)，“好奇”號(hào)要么已經(jīng)著陸，要么已經(jīng)功敗垂成。

美國(guó)航天局前火星項(xiàng)目負(fù)責(zé)人斯科特·哈伯德表示，“你也許已經(jīng)做了所有能想到的事情以確保任務(wù)成功，但火星仍能給你出難題”。美利堅(jiān)大學(xué)太空政策專家霍華德·麥柯迪說(shuō)：“這是個(gè)巨大的賭博，如果成功，這將是重大技術(shù)進(jìn)步?！保ㄓ浾?余曉葵）

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美國(guó)已發(fā)射的火星探測(cè)器

1964年11月：“水手3號(hào)”升空后和地面失去聯(lián)系。3個(gè)星期后，“水手4號(hào)”再度出擊，次年7月首次拍到火星特寫(xiě)圖片，共向地球發(fā)回21張圖片。

1969年2月：“水手6號(hào)”升空，當(dāng)年7月成功飛越火星，共發(fā)回75張圖片。

1969年3月：“水手7號(hào)”升空，當(dāng)年8月成功飛越火星，共發(fā)回126張圖片。

1971年5月8日：“水手8號(hào)”發(fā)射失敗。

1971年5月31日：“水手9號(hào)”升空，當(dāng)年11月飛抵繞火星軌道，并一直運(yùn)行至次年10月。

1975年8月：“海盜1號(hào)”發(fā)射，次年6月飛抵火星，一個(gè)月后釋放著陸器在火星表面著陸，其軌道探測(cè)器一直運(yùn)行至1980年，著陸器則一直工作到1982年。

1975年9月：“海盜2號(hào)”發(fā)射，次年8月飛抵火星，釋放著陸器登陸火星，著陸器一直工作到1980年，軌道探測(cè)器則一直工作到1987年。

1992年9月：“火星觀察者”號(hào)升空，在次年8月即將進(jìn)入繞火星軌道時(shí)，與地面失去通信聯(lián)系。

1996年11月：“火星環(huán)球觀測(cè)者”號(hào)發(fā)射，次年9月飛抵火星并進(jìn)入繞火星軌道飛行，其電池2006年出現(xiàn)故障，遂與地面失去聯(lián)系。

1996年12月：“火星探路者”號(hào)發(fā)射。1997年7月，它攜帶的著陸器以及“旅居者”號(hào)火星車(chē)在火星著陸。

1998年12月：“火星氣候探測(cè)者”號(hào)發(fā)射，次年9月飛抵火星后與地球失去聯(lián)系。

1999年1月：“火星極地著陸者”號(hào)發(fā)射，當(dāng)年12月在火星南極降落過(guò)程中，著陸器以及攜帶的兩個(gè)小型探測(cè)器與地球失去聯(lián)系。

2001年4月：“奧德賽”號(hào)探測(cè)器發(fā)射，當(dāng)年10月抵達(dá)繞火星軌道，并一直工作至今。

2003年：“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)火星車(chē)分別于6月和7月發(fā)射升空，前者目前已與地面失去聯(lián)系，后者仍在超期服役。

2005年8月：“火星勘測(cè)軌道飛行器”升空，次年3月進(jìn)入繞火星軌道，目前仍在火星軌道上探測(cè)。

2007年8月4日：“鳳凰”號(hào)火星著陸探測(cè)器升空。它于2008年5月25日成功降落在火星北極附近區(qū)域，但2010年5月因太陽(yáng)能電池板受損而終止運(yùn)行。（雪婷）