造价27亿美金！美国“毅力号”成功登陆火星！

　　当地时间2月18日下午，美国“毅力号”火星车成功登陆火星，成为美国国家航空航天局（NASA）第5个成功登陆的火星车。

　　据悉，本次“毅力号”将在火星采集样本并试图寻找生命存在的证据。

　　NASA今天在社交网络上宣布，经过将近7个月航行后，火星探测器“毅力号”（Perseverance），成功登陆火星表面，为调查火星是否曾经有生命存在踏出重要一步。

　　这是继阿联酋的“希望号”探测器和中国的“天问一号”探测器之后，今年火星“三国演义”（阿联酋、中国、美国）下最后一个抵达火星的探测器，同时，这也是本次三个国家中最先着陆在火星表面的航天器。

　　而且，作为美国国家航空航天局 （NASA）来说，“毅力号”是其送往火星的第五辆火星车，也是迄今为止最复杂的火星车。

　　作为身价27亿美元的核动力火星车“毅力号”（Perseverance），2020年7月30日于美国佛罗里达州，由“宇宙神5型”火箭搭载升空，是美国太空总署第九次的探索火星任务。其体积跟一辆小型四驱越野车差不多，重一吨，每天可以自动行驶200米距离，配备多台科学仪器和相机，以及两个麦克风和两个漫游机器人，还有一个精密致巧的传送系统用来把样本带回家。

　　惊心动魄的着陆七分钟

　　本次着陆前，“毅力号”需要经历穿越火星大气层抵达陆地的“恐怖七分钟”。过程包括进入大气层、降落伞开启、引擎驱动下降、起落架放下等步骤。由于信息传回地球需要11分钟左右的时间，所以科学家无法在这重要的危险7分钟降落过程中对其干预，而是完全依靠毅力号搭载的计算机独立完成最终的登陆，使得着陆过程难上加难。

　　事实上，着陆器分为两个部分：上面是一个拥有八个反推火箭的“空中吊车”，下面悬挂着毅力号火星车。

　　在今天的着陆7分钟过程中，携带“毅力号”的空中吊车以19.5万千米时速进入火星大气层。大气摩擦使得外壳温度最高上升到2100度。三分钟后，降落伞展开，弹出当热板。之后外壳背面分开，空中吊车下降速度随之迅速下降。

　　着陆前的最后几秒钟，一个火箭反推悬浮的吊车，把火星车吊挂着放在地面上。当火星车接触到地面后，空中吊车完成使命，探测车成功平稳降落到火星表面。而空中吊车切断尼龙绳和线缆，独自飞走坠毁。

　　值得一提的是，科研团队利用“距离触发”技术，将椭圆形预定着陆区的尺寸减小50%以上，让它降落到尽量接近目标区域的位置。并且，这一技术会让“毅力号”触发改变方向，选择更加安全的目标地点，从而释放下降飞行器的降落伞。如果探测器有可能错过目标区，就要提前开伞；如果可能无法抵达目标区，就要错后开伞。

　　迄今为止，所有火星探测任务中超过一半都以失败告终。此前NASA预测，本次任务安全着陆的概率仅有40％。不过，“毅力号”却成功实现着陆，这主要得益于23个摄像头等先进设备、美国航天技术的加持，以及此前2012年美国“好奇号”着陆火星的成功经验，其在火星上已经默默地、孤独地工作了大约8年。

　　NASA指出，在毅力号进入火星大气层后11分半钟，成功接收到它的信号，首张传回的照片证实探测器成功着陆耶泽罗陨石坑（Jezero Crater），接下来将进行为期两年收集 岩石样本任务，目标在2030年将样本送返地球化验，以确定火星上是否存在或曾经存在过类似地球上的生命。此外，毅力号也会测试其他技术，包括从火星稀薄的二氧化碳环境抽取氧气的设备。

“毅力号”成功登陆火星后传回的首张表面图（来源：NASA）

　　任务目标

　　“勇气号” 与 “机遇号” 帮助人类更好地了解了火星上水的历史，“好奇号” 发现了复合有机物的证据，它们是组成生命的原始成分。

　　这些证据告诉我们，火星过去可能是宜居的。“毅力号” 将迈出下一步，寻找古代外星生命的迹象。

　　选择 Jezero 火山口，原因在于这里是有 38 亿年历史的远古湖床，它处于三角洲位置，沉积物中可能存在与生物、生命有关的有机化合物和矿物质。

图 | Jezero 火山口周围地貌（来源：NASA）

　　“毅力号” 的 23 个相机将帮助科学家研究火星以获取生命证据。其中最主要的是 Mastcam-Z 相机，它可以拍摄立体和全景图像，并具有非常强大的缩放功能，可以放大需要进一步研究的目标，例如仔细寻找土壤模式和旧沉积物。

　　此外，SuperCam 相机负责调查岩石中的化学和矿物成分，并配有麦克风，可用于识别火星天气。PIXL 和 SHERLOC 光谱仪将寻找复杂的生物学分子。SHERLOC 的 Watson 相机还将进行显微成像，分辨率可达 100 微米左右，与人类头发丝的直径相当。

　　“毅力号” 需要花费数月时间前往 Jezero 火山口的第一个勘探点。如果火星上真的存在生命迹象，我们最早在今年夏天就能知道。

　　全新技术：MOXIE 和 Ingenuity

　　NASA 的每一项任务都运用了一些时下最先进的技术，“毅力号” 也不例外。

　　第一种技术是 MOXIE。这是一种小型装置，旨在通过电解的方式将富含二氧化碳的火星大气转化为可用的氧气。这个过程已经在地球上模拟过，但它在火星上将发挥更重要的作用。

　　氧气的生成不仅可以为将来的火星殖民提供可呼吸的空气，还可以提供用于火箭燃料的液态氧。“毅力号” 工作的前两年，MOXIE 大约有 10 次制造氧气的机会。每次将运行大约一个小时，产生 6 至 10 克氧气。

图 | MOXIE 设备（来源：NASA）

　　另一种技术是 Ingenuity。这是一架 1.8 千克的小型直升机，有望实现火星上的第一次动力飞行。它的部署大约需要 10 天。

　　Ingenuity 第一次飞行将升至空中约三米高，悬停和徘徊大约 20 秒。如果它能成功地在火星的超薄大气（密度为地球的 1％）中飞行，那么它将有更多的机会飞往其他地方。

　　直升机上配有两个摄像头，将帮助科学家准确查看火星的地貌。就其本身而言，Ingenuity 并不是火星探索任务的关键，但未来当漫游车无法满足探测需求时，直升机提供了另一种可能。

　　事实上，这些新技术并不是 “毅力号” 火星任务的关键。正如文章开头所说，它最关键的使命是寻找生物迹象，同时为将火星土壤样本带回地球做准备。这可能需要 10 年才能实现。

　　探测器将钻入地面并收集 40 多份样本，未来 NASA 计划和欧洲航天局 ESA 合作执行一系列联合任务，最早可能在 2031 年将样本带回地球。

　　收集土壤样本并非易事。样品处理臂（SHA）由美国卫星图像兼机器人公司 Maxar 制造，负责控制钻探工作，并从地面上采集火星土壤的岩心。在火星苛刻的自然条件下，该机械臂需要承受从晚上的  -73°C 到白天 20°C 的温度波动。

　　但最大的难点是，它必须克服火星尘埃的影响。样品处理臂位于火星车下方，会暴露在车轮卷入的大量灰尘中。在最糟糕的情况下，如果设计不当，或者运行中出现了意想不到的小问题，一粒微小的尘埃颗粒就足以让机械臂瘫痪。

　　现在，“毅力号” 的成功登陆令人激动，标志着它迈出了万里长征的第一步。未来，还有更多的挑战等待着它，科学家们期待着它能进一步揭开火星神秘的面纱。

　　与此同时，这也让我们更加期待中国 “天问一号” 数月后的登陆任务，预祝 “天问一号” 探测器上还没有名字的火星车也能成功登陆。