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“毅力”号火星车成功登陆火星!已传回首张火星照片
文章来源:环球科学   发布时间:2021-02-19    点击:

       秒速五公里坠入火星大气,超音速展开降落伞,抛隔热罩改用天空起重机,车体变形轮胎触地完成着陆。北京时间2月19日凌晨4时55分,“毅力”号(Perseverance)火星车不经变轨直接突入火星大气层,并成功着陆。在“天问一号”进入火星轨道一周后,毅力号率先与火星地表接触,本轮火星探测季也进入了新的阶段。 
 
       作为在2020年火星探测窗口发射的3台探测器之一,毅力号于去年7月30日在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射升空。这辆大小和质量和小汽车相近,耗费十几万倍于小汽车的火星车,是人类历史上第二个核动力火星探测器。经过超过半年的飞行,毅力号成功着陆火星。由于美国已经拥有成熟的火星数据链,可以无需变轨直接着陆火星。
 
  与“好奇”号类似,经历十几分钟科幻电影般的着陆过程后,毅力号与火星的相对速度将会由每秒五公里降低到0。为了尽可能降低着陆过程中的风险,NASA科学家为毅力号配置了一系列技术手段。例如在降落过程中,毅力号会快速拍照,通过距离触发技术,评估与火星地面的距离,从而确定打开降落伞的时间。此外,毅力号还使用了地形相对导航技术,将拍摄的火星地貌与此前保存的地图进行比较,从而确定着陆地点周围的环境,并避开陡坡等不宜降落的地形。
 
毅力号火星车着陆后传回的首张照片(图片来源:NASA TV)毅力号火星车着陆后传回的首张照片(图片来源:NASA TV)
  毅力号的着陆地点是位于北纬18度的耶泽罗陨击坑(Jezero crater)。有证据表明曾经有河流流入耶泽罗陨击坑,形成了一个早已干涸的三角洲。而毅力号在此处着陆,一项重要目标便是识别和收集该地区的沉积岩和土壤样本,探寻可能存在的火星生命迹象,同时测试人类在火星生存的技术。此外,毅力号还将通过对表面岩石、土壤物理化学特征的分析,帮忙人类理解火星地质以及大气环境。
 
  除了对火星地表的探测,毅力号还将执行一项特殊任务——释放“机智”号无人直升机。在毅力号着陆后60~90天左右,直升机将与火星车分离。它依靠太阳能充电,每个火星日能获得大约90秒的飞行时间,每次飞行不超过三分钟。机智号是毅力号的侦察机,能为毅力号提供高精度地图,从而大幅提升火星车探索的效率。
 
 毅力号附带的机智号无人机 图片来源:NASA 毅力号附带的机智号无人机 图片来源:NASA
  从首个火星探测器升空到新一轮火星探测季,已经过去了60年。在此期间,对于这颗被认为是太阳系中最可能殖民的红色行星,人类的探索从未停止。
 
  疯狂岁月
 
  《尚书·舜典》记载:“在璿玑玉衡以齐七政。”孔颖达疏:“七政,其政有七,于玑衡察之,必在天者,知七政谓日月与五星也。木曰岁星,火曰荧惑星,土曰镇星,金曰太白星,水曰辰星。”
 
  荧惑星在古时就已经以五行之火命名,今天更是直接被叫做火星。作为自古以来就被认定的五颗行星之一,在被认定成太阳系内最接近地球环境的星球后,获得了全人类的关注。目前人类火箭能力相对于宇宙来说还比较有限,向火星发射探测器需要地球和火星之间特定的相对位置,充分利用引力节省燃料。因此,火星和地球的轨道运动导致火星探测存在以26个月为周期的窗口。
 
 天问一号拍摄的首张火星照片 图片来源:国家航天局 天问一号拍摄的首张火星照片 图片来源:国家航天局
  太阳系内行星的探索,很大一部分都是上世纪美苏冷战时取得的。美苏两个国家像在游戏《文明》中争夺科技胜利一般,不计成本地向太空中发射探测器。回望那段疯狂的岁月,不得不感叹人类的赞歌就是无畏探索的赞歌。
 
  在火星探测的时间上,苏联领先一步。1960年到1964年间,苏联向火星发射了五个探测器,其中只有1962年的火星1号成功进入地火转移轨道,但是在抵达火星前失联。
 
  1964年美国在一个月内发射了水手3号、4号,其中水手4号成功飞掠火星,是人类历史上首个接近火星的探测器,并首次传回火星照片。在接下来的两个窗口内,美苏都发射了一些探测器,但没有什么突破性的进展,苏联甚至在这个过程中没有探测器能接近过火星。
 
人类第一张近距离拍摄的火星照片 图片来源:NASA人类第一张近距离拍摄的火星照片 图片来源:NASA
  1971年,美苏都取得了一些突破。美国的水手9号成功进入火星轨道,而苏联更是一步到位,除了火星2号、3号成功入轨进行火星测绘外,火星3号登陆器更是在1971年12月2日成功软着陆,是人类第一个成功登陆火星的探测器。
 
火星3号,其登陆器是人类首次软着陆火星的探测器 图片来源:NASA火星3号,其登陆器是人类首次软着陆火星的探测器 图片来源:NASA
  1976年后,美苏竞争战略重点转移,再加上金星和太阳系内其他的探索,火星探测进入低潮期。
 
  其实论结构相似程度,早晨叫启明、晚上叫长庚的太白星,也就是今天的金星,的确在半径、质量、表面重力上更接近地球。较强的重力可以让它像地球一样保持较厚的大气,不像火星一样只能让大气层不断逸散。拥有大气层的金星的确在有时会让人觉得或许更适合探索。不过在苏联探测器登陆金星7号登陆金星后,其表面恶劣的环境让其在1个小时内就失去了联络。
 
  1975年金星9号传回金星表面照片后,似乎没有人对金星感兴趣了。毕竟相比于金星的炼狱,火星的荒漠还是更能让人接受一些,此后行星探测器的目标大都还是火星。
 
  火星漫游
 
  1990年后,人类将目光重新放回火星,技术的进步让更详细的火星测绘、复杂的火星车成为可能,催生了又一个火星探测的高潮期。
 
  1997年,火星探路者号(MESUR Pathfinder)和其携带的旅居者号(Sojourner)火星车成功着陆火星,其中旅居者号更是成为了人类第一个成功着陆运行的火星车。火星探路者号着陆时除了气动减速和降落伞减速之外,在降落末端还使用安全气囊缓冲,让890千克左右的探测器包安全着陆。着陆放气后,展开其四面体的结构,并最终放出其中10千克左右的旅居者号小车,整个依靠太阳能的系统在运行了85天后最终失联。不过在电影《火星救援》中,主角瓦特尼在2035年成功靠它在火星上联系到了地球。
 
 三代火星车大小对比,从小到大分别为旅居者号,勇气号/机遇号,好奇号的测试车 图片来源:NASA 三代火星车大小对比,从小到大分别为旅居者号,勇气号/机遇号,好奇号的测试车 图片来源:NASA
  还有2003年传奇般的勇气号(Spirit)和机遇号(Opportunity)。这两辆依靠太阳能供电的小车比天问一号火星车略小,原本计划只有90余天运行寿命,最终却分别运行了2208天和5352天。2007年在火星北极降落的凤凰号(Phoenix)更是让人类首次能在火星上挖掘土壤,确认了火星上水和冰水的存在。
 
  2011年,好奇号(Curiosity)成功登陆火星,这是人类第一辆核动力火星探测器。900千克的重量让它不得不尝试更先进的着陆技术——天空起重机,着陆过程堪比科幻电影。钚238衰变给它提供了100多瓦的能量供应,澎湃的动力让强大的科学仪器得以应用,这也体现在它的正式名称上——好奇号火星科学实验室,这是一个移动的科学实验室。直到今天,好奇号仍在运行,并在火星上至少移动了24.24千米。
 
 好奇号2015年的自拍 图片来源:NASA 好奇号2015年的自拍 图片来源:NASA
  全员成功
 
  除开最近一次火星窗口内的3次火星探测任务,人类总共进行了44次火星探测任务,其中只有美国、苏联、欧洲和印度的23次满足部分成功的标准。而毅力号的成功着陆,表示本次探测窗口内三次探测任务都至少满足部分成功的标准。
 
  阿联酋希望号火星探测器是阿联酋出资研发的火星轨道卫星,于2月9日成功入轨,主要目标是研究火星的大气和气候。
 
 
  2月10日入轨的天问一号,是中国首次实施的火星探测任务,不过并不是首次参与的火星探测任务。2011年,中国搭载在俄罗斯火卫一-土壤(Phobos-Grunt)探测器上的萤火1号,尝试开展火星探测任务,但火箭发射后未能进入飞往火星的轨道,发射两个月后坠毁于太平洋。
 
  天问一号是中国首个火星探测卫星,它还需要进行一些调整。按照目前的计划,天问一号计划于5月左右实施火星车登陆任务,计划着陆方式与凤凰号类似,都是着陆器火箭反推,着陆后放出火星车。火星车采用太阳能供电,大小相比勇气号略大,设计寿命和勇气号一致,都是90天。如果最终火星车成功着陆并运行,它将成为人类历史上第一个一次性完成“绕”、“落”、“巡”的火星探测器。
 
  在毅力号着陆后,本轮火星探测的第一阶段已经结束。三台火星探测器都取得了各自的阶段性进展,开始收集科学数据,希望为我们带来更多关于火星的认知。同时,让我们祝福天问一号着陆器、巡视器,还有毅力号的机智号无人机,希望它们能帮人类在星辰大海中,实现前所未有的成就。

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