美国 “毅力号”太空探索指南:寻找火星潜在的生命迹象

2020/7/29 14:35:32 来源:新浪科技 作者:叶倾城 责编:孤城

北京时间 7 月 30 日 19 点 50 分,美国宇航局将发射 “毅力号”火星探测器,这无疑是人类探索火星一个激动人心的新时刻!以下是关于毅力号探测器的详细档案,以及为什么它是迄今为止在火星探索生命迹象的最佳选择。

假设一切顺利,毅力号探测器将于 2021 年 2 月着陆火星表面,它将是第 5 个登陆火星表面的探测器,之前的探测器包括:旅居者号、勇气号、机遇号和好奇号。毅力号是美国宇航局迄今最先进的火星探测车,但客观地讲,它很大程度上是仿照 “好奇号”设计建造的,好奇号自 2011 年开始在火星表面行驶。

火星 2020 项目科学家、地球化学家肯尼斯 · 法利称,毅力号相当于 2.0 版好奇号火星车。

毅力号探测器计划于北京时间 7 月 30 日 19 点 50 分从卡纳维拉尔角空军基地由 “阿特拉斯 5 号”火箭携载发射,尽管当前新冠病毒在全球肆虐,美国宇航局还是坚持按照原计划发射火星 2020 任务,考虑到当前处于有限的发射窗口时机,非常有利于火箭发射任务,地球 - 火星发射最佳时间窗口每隔 26 个月才出现一次。

接下来毅力号将经历 7 个月的火星旅行,最终着陆在杰泽罗陨坑,这里曾是一个远古湖泊和河流三角洲地带,斥资 27 亿美元建造的毅力号探测器将用两年时间搜寻远古微生物迹象,分析火星地质和气候,研究岩石和沉积物。同时,毅力号还将发射一架微型直升机,验证未来任务的科学技术,采集样本返回地球,并执行其他太空任务。

像之前的火星探测车一样,由喷气推进实验室操控的毅力号计划在火星表面服役两年以上时间。

毅力号与好奇号大小相近,长度 3 米,宽度 2.7 米,高度 2.2 米,重量 1025 公斤,比好奇号重 126 公斤。在动力方面,毅力号探测器装配一个 “多任务放射性同位素热电发电机(MMRTG)”,它能从钚 - 238 自然衰变中产生热电能量。

好奇号和勘测号探测器的车轮进行对比。

同时,毅力号装配 6 个轮子,每个轮子上都有单独的马达和 48 个楔子,可以提供较好的牵引力。前后两对轮子都有单独的转向马达,使得毅力号在原地不动的情况下能转动 360 度。依据美国宇航局的观点,该探测器的腿部能确保它在 40 厘米高的岩石上攀爬行驶。

火星 2020 项目科学家、天体物理学家 Morten Bo Madsen 称,毅力号一个看似小、却是重要变化的设计就是轮子结构,这将避免出现好奇号在穿越锋利岩石地带时被 “刺穿”。最新设计的轮子宽度略窄,轮轴较厚,更加坚固。

法利说:“毅力号任务还包括一个额外的处理器,使该探测器能自动驾驶更远、行驶更快,并能在着陆过程中自动导航实现安全着陆。”

自动导航安全着陆的能力非常重要,这意味着美国宇航局掌握最新技术,能控制探测器安全着陆岩石裸露区域。毅力号将着陆在邻近令人兴奋的科学勘测目标附近,而不是着陆后长途旅行抵达勘测目标区域。

毅力号将比 “前任”探测器更加高效!

火星 2020 项目科学家、奥斯陆大学研究员斯韦恩 · 埃里克 · 哈姆兰指出,在火星表面采集样本,并在火星车内部进行分析需要大量时间,毅力号装配遥感仪和近距测量仪,可以加快仪器数据收集速度,同时,它将比之前的任何探测器覆盖更广泛的地形。

在最高速度下,毅力号有望达到每秒 4.2 米的速度,这相当于时速 152 米。美国宇航局指出,依据地球飞行器的标准,毅力号探测器的行驶速度很慢,但以火星车的标准来衡量,它算是杰出的佼佼者。

毅力号的悬架系统叫做 “摇杆转向系统”,将确保它能穿越不平坦的地形。令人难以置信的是,该探测器可以倾斜 45 度,而不会摔倒,但美国宇航局不打算让它倾斜超过 30 度。

火星 2020 任务共装配了 23 个不同的相机,其中包括:9 个工程相机、7 个科学相机、以及 7 个用于任务进入、降落和着陆阶段使用的相机,此外,还有一对麦克风,该任务还有令人印象深刻的 “眼睛”和 “耳朵”装置。

Z 型桅杆相机将拍摄火星全景、立体和放大图像,它将协助探测器进行地形导航,还可用于勘测火星表面矿物质成分。据美国宇航局介绍称,毅力号探测器的超级相机不仅能正常拍照,还可用于识别岩石和土壤的化学成分,包括它们的原子和分子组成。

该探测器还机载 X 射线荧光光谱仪(PIXL),将在精细尺度上分析化学元素,机载的紫外线激光光谱仪(SHERLOC)将提供火星表面的显微图像。

使用火星环境动力学分析器(MEDA),毅力号将测量风速、风向、气压、湿度和尘埃颗粒大小。该探测器还机载 X 射线荧光光谱仪(PIXL),将在精细尺度上分析化学元素,机载的紫外线激光光谱仪(SHERLOC)将提供火星表面的显微图像。RIMFAX 是一款能穿透火星表面的雷达装置,可使科学家分析火星探测器下方区域,研究它的地质构成。

哈姆兰说:“这是首次火星探测器能够勘测火星地下环境,火星表面被一层灰尘覆盖,现在我们可以看到表面之下究竟有什么?”

毅力号还将部署一架名为 Ingenuity 的直升机,它将是人类在地外星球上首架操控飞机,该直升机是一种概念验证项目,预计仅会进行少量的短期飞行测试。然而,如果一切顺利,Ingenuity 直升机可能为未来火星航空项目铺平道路。

作为 “火星氧气 ISRU 实验(MOXIE)”的一部分,毅力号还将利用火星大气层!

二氧化碳制造氧气,该实验的成功对未来火星探险者是一个好兆头,有望为宇航员提供氧气资源。近期,美国宇航局新闻发布会宣称,MOXIE 是一种氧气发生器,旨在将火星大气中 96% 的二氧化碳转化为供人类呼吸的氧气,未来该项技术将不断升级,制造出更大、更高效的氧气发生器,使宇航员能自己制造氧气进行呼吸,并将氧气作为火箭燃料,从火星返回地球。

毅力号将在杰泽罗陨坑内采集岩石和土壤样本,将它们放在几个小容器中,并将它们投放在火星表面,便于未来火星任务携带至地球。

火星 2020 任务最有趣、最有科学前景的一个方面是样本缓存系统(SCS),作为该任务的一部分,毅力号将在杰泽罗陨坑内采集岩石和土壤样本,将它们放在几个小容器中,并将它们投放在火星表面,便于未来火星任务携带至地球。

法利说:“返回地球的火星样本将具有多样性研究主题,它将揭示远古火星存在生命的可能性,早期火星令人费解的是温暖湿润气候,以及这颗类地行星的地质化学进化历程,对我而言,火星是一颗神秘的星球,35 亿年以来它的变化很小,地面实验室通过分析火星样本或将解开其中的谜团。”

Morten Bo Madsen 解释称,地球最早期生命痕迹似乎已被地质过程和生命扩散等因素逐渐抹去,但是火星却完全不同,我对潜在生命痕迹的火星样本非常感兴趣,这些生命或许比地球已知任何生命更古老、更原始,可能解答在环境允许的情况下生命形式将如何进化繁衍。

样本缓存系统是毅力号探测器的一个关键目标,这就是为什么探测器携载的仪器是面向勘测侦察。

不像好奇号拥有一个内置 “科学实验室”,毅力号装配一个 “复杂样本采集和处理系统”,选择钻芯样本可以放在合适的容器中,并对随后密封容器进行拍照,放置在火星表面,之后通过探测器进行收集。

毅力号探测器着陆的杰泽罗陨坑是一个完美的勘测地点,它位于火星赤道北部,直径大约 48 公里的洼地可能曾存在一处湖泊,由一处急湍的河流三角洲不断冲刷。如果几十亿年前火星表面存在原始生命,它们很可能生活在这里。因此毅力号将致力于寻找 30-40 亿年前有机残留物化石和其他潜在的生物特征。

无论如此,如果 7 月 30 日发射一切顺利,我们只有等到 2021 年 2 月才能体验进入大气层的 “恐怖 7 分钟”,毅力号成功着陆后,也仅代表着该任务才刚开始,未来火星探索旅行还很遥远。

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关键词:美国火星

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