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北京时间2020年7月30日19时50分,世界各地的网友在屏幕前用不同语言道出一声“祝好运”,而屏幕里,则是本年度火星探测窗口期3号选手的发射现场。美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地(CapeCanaveralAirForceStation)41号发射场,搭载着“毅力号”火星车(PerseveranceRover)的阿特拉斯5型运载火箭(AtlasV-541,又称宇宙神5号)发射升空。终于,抱有美好“希望”的阿联酋、从不乏“天问”精神的中国以及拥有强大“毅力”的美国,都顺利向红色星球进发!生命迹象的探索之旅对于火星车的命名,NASA有个惯例——向儿童和青少年征名。
当地时间2020年3月5日,NASA正式公布,新一代火星车名为Perseverence(意为“毅力”),这个名字来自弗吉尼亚州的一位初一学生AlexanderMather。在发射任务直播节目一开始,NASA也给出了英文单词Perseverance的释义:persistenceindoingsomethingdespitedifficultyordelayinachievingsuccess.(即便困难重重或不得已推迟,也要坚持不懈,成功做成某件事。)踏上火星漫游,本就是一项重重困难的任务;而由于运载火箭AtlasV-541在测试环节中问题频出,“毅力号”发射任务也不得已再三推迟。好在,“毅力号”终于顺利出发,预计将在火星上工作至少一个火星年(约为地球上687天)。
不同于只是绕火星轨道巡航的“希望号”和一次性完成“绕-落-巡”三步的“天问一号”,「压轴出场」的“毅力号”按计划将于2021年2月18日以“空中吊车”方式登陆火星,到达位于火星北纬18度、西经77度区域的杰泽罗陨石坑(JezeroCrater),开始寻觅形成于35亿年前的火星古代微生物生命迹象。同时,“毅力号”还将采集火星上的岩石和土壤样本,从而为之后的火星采样返回任务做准备。
实际上,此次任务在方方面面都将人类想要登上火星的美好愿望展现了出来。此次,“毅力号”将携带宇航服5个部位的不同材料样本进入火星,以期在火星的强烈辐射下进行测试,直接解决“宇航员未来要在火星上穿什么宇航服”的问题。在“毅力号”上,搭载着三枚特殊的芯片,上面蚀刻着全球范围内的1090万个在NASA官网预定了「火星船票」的火星爱好者的名字。
可移动的实验室承载着1090万颗好奇心的“毅力号”,作为美国第9个火星探测器,拥有着超强硬件。“毅力号”长3米、宽2.7米、高2.2米、总重1025公斤,配备有一个长约2.1米的五关节机械臂、43个样本采集管及一个0.5米长的样本处理臂,用于样本采集、分析。为完成一系列高难度任务,NASA喷气推进实验室(JetPropulsionLaboratory)将“毅力号”打造成了一座可移动的实验室,而最值得关注的主要有以下几方面。
首先是其总重59公斤的载荷。具体来讲,其载荷即7台科学仪器:变焦全景相机Mastcam-Z:位于桅杆上,不仅能鉴定岩石成分、辅助火星车行进,还能得到高清晰度的全景3D立体图像;火星环境动力学分析仪MEDA:记录、分析火星的大气温度、湿度、气压、风速、风向、沙尘大小与形态;制氧仪MOXIE:这一仪器作为“毅力号”的亮点之一,不仅要尝试从二氧化碳中提取氧气,为未来宇航员登陆火星吸氧做准备,其制备的氧气还能作为航天器返回地球的燃料来源,从而实现NASA的“造氧计划”;X射线仪PIXL:利用X射线对火星沙粒进行更为精准的分析;火星地下实验雷达成像仪RIMFAX:以厘米级分辨率探测火星的地下结构;紫外光谱仪SHERLOC:利用紫外激光分析物质,实现扫描可居住环境的目的;激光超距分析仪SuperCam:远距离分析岩石、土壤成分。实际上,“毅力”号的「视觉系统」堪称当今火星车之最——不止上述的相机,“毅力号”共配有23个相机,大部分都是彩色相机。
其次是“毅力号”上搭载的2个麦克风——既能收录火星车登陆火星的声音,火星上的风吹草动也可以捕捉得到,而这也是美国火星探测器首次配备有这样的设计。若顺利的话,人类将首次听到火星上的声音。同时,“毅力号”沿袭了其上一代火星车“好奇号”(Curiosity)的核动力驱动设计。“毅力号”的核动力源「多任务放射性同位素热电发生器MMRTG」由美国能源部提供,质量为45公斤,将利用钚238原子核衰变释放的热量来产生110瓦的电能。
此外,“毅力号”还包括两个锂离子可充电电池,作为瞬时大功率供电。此前曾报道,在我国的“天问一号”探测器中,火星车以太阳能电池为动力。相比太阳能供电,核动力摆脱了对太阳照射的依赖,灵活性更强,即便在夜间、沙尘暴天气或冬季,火星车都可保证稳定运行。但另一方面,核动力驱动也存在缺点,一是成本较高,二是放射性元素的不断衰变会使得功率逐渐下降,其使用寿命约14年。
第四点在于“毅力号”的车轮设计。事实上,在设计“毅力号”的过程中,“好奇号”工程团队亦有参与,大体上二者的设计较为相似。不过,以“好奇号”为鉴,团队还着重对“毅力号”的车轮做了性能优化,新一代的铝制车轮更厚、更耐用,同时宽度变小、轮径(52.2厘米)更大。
在车轮表面,覆盖着用于牵引的楔子和用于弹性支撑的弯曲钛辐条。另外,其计算机控制系统也值得关注。了解到,“毅力号”的计算机系统符合航空工业标准,包括2个相同的、互为备份的模块,即RCE(RoverComputeElement),采用了IBMPowerPC750架构的抗辐射中央处理器BAERAD750,其运行速度比美国此前的“勇气号”、“机遇号”火星所搭载的中央处理器快十倍。
正是因为“毅力号”车轮有所改进、仪器套件体积增大,加之火星车上新的取样和缓冲系统,相比总重899公斤的“好奇号”,其重量足足增加了17%。可见,从大脑到身体,从眼睛到耳朵,“毅力号”实现了全副武装。
将无人机飞上火星跟随火箭升空的不止黑科技满满的“毅力号”,还有一架小型太阳能无人直升机“机智号”(Ingenuity)。“机智号”重1.8公斤,只携带相机,将通过相机跟踪估计速度,从而实现视觉导航。
此次,“机智号”配备的是高通骁龙处理器、高通飞行控制面板以及Linux操作系统。按照NASA的「火星直升机实验」计划,“机智号”作为一款技术演示器,将在火星车着陆后的60-90个火星日后进行为期30天的飞行稳定性测试,预计最多飞行5次,每天飞行不超过3分钟,每次航程最远300米,最大高度5米。值得一提的是,这架无人机虽说只是一款“试验品”,但其设计规格仍然符合一款航天器的标准,可以承受火箭发射过程中产生的重力和振动。
同时,“机智号”配备的抗辐射系统也保证了其在寒冷的火星环境中正常运行。据了解,为建造“机智号”,NASA已投资了约8000万美元,另投资了约500万美元,用以对直升机的运营。可以说,此次试飞有望为行星探测直升机的开发工作迈出第一步。
据工程团队透露,下一代无人机的重量可能在5-15公斤,有效载荷为0.5-1.5公斤,将来无人机可能会与轨道飞行器实现直接通信。阿特拉斯5型火箭加持毫无疑问,上述计划对火箭的运载能力也提出了较高的要求。
为此,NASA选定了阿特拉斯5型运载火箭(AtlasV-541)出马。这枚火箭名称中的541实际上是指:5米的有效载荷整流罩;4个固体火箭助推器;1个单引擎半人马座上级。
实际上,阿特拉斯系列火箭作为美国老牌火箭,其运载历史已有60余年。1957年12月17日阿特拉斯号火箭的首次发射升空,为这一系列火箭的发展拉开了序幕。20世纪50年代,阿特拉斯2型得以发展,到了60年代,阿特拉斯3型开始广泛运用。
当地时间2003年2月3日,阿特拉斯3型正式退出历史舞台。随后登场的阿特拉斯5型运载火箭由美国两家百年航空公司——洛克希德马丁公司、波音公司研制,隶属联合发射同盟。
在此次发射任务之前,阿特拉斯5型已经执行过4次火星探测器发射任务,包括2005年的火星勘测轨道器、2011年的“好奇号”、2013年的“马文号”轨道飞行器和2018年的“洞察号”。我们的征途是星辰大海20世纪60年代以来,探测火星几乎贯穿着整个人类航天史,但直到今天,全球范围内火星探测任务成功率还不足五成。不过,美国在火星探测史上,始终保持着先行者的地位。
首次接近火星并发回数据的,是美国探测器——1964年12月28日,“水手4号”在距火星表面9800千米的上空掠过火星,向地球发回21张照片,终于打破了火星探测失败的魔咒。首次进入火星轨道的,也是美国的探测器——1970年代,“水手9号”进入环绕火星轨道。在此之后,1975年的海盗1号和海盗2号、1996年的火星探路者、2003年的精神号和机遇号、2008年的凤凰号、2011年的好奇号、2018年的洞察号相继出征,让我们对红色星球的认知不断增加。而此次“毅力号”,也将是NASA在半个多世纪“探火”基础上的又一重要突破,不论最终成功与否,都将为世界航天事业做出了巨大贡献。
值得一提的是,2020年7月27日,我国首个火星探测器“天问一号”在离地球约120万公里处回望地球,拍下一张地球与月球在茫茫宇宙中相望的图片,目前“天问一号”也还在前往神秘火星的旅途之中。至此,2020年火星探测窗口期的三次发射任务都已顺利完成,祝愿三项任务最终都能圆满成功,正如中国国家航天局局长张克俭所说:探索浩瀚宇宙是全人类的共同梦想。让我们以“天问”的勇气,坚韧的“毅力”,奔向新的“希望”。引用来源:https://mars.nasa.gov/mars2020/http://www.spaceflightfans.cn/event/atlas-5-launch-mars-2020-rover/comment-page-1https://www.huxiu.com/article/372166.html原创文章,未经授权禁止转载。
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