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機(jī)械社區(qū)

標(biāo)題: “好奇號(hào)”火星車好奇什么 [打印本頁]

作者: sijiruchun 時(shí)間: 2012-8-7 19:44
標(biāo)題: “好奇號(hào)”火星車好奇什么

體積相當(dāng)于一輛SUV，滿載最先進(jìn)的儀器

與2004年登陸火星的勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)相比，剛升空的好奇號(hào)要比它們大得多。當(dāng)它于2012年8月抵達(dá)火星后，將以前所未有的精度尋找火星上可能存在過的水的痕跡，以及其他生命存在的基礎(chǔ)。

2011年11月26日，美國宇航局的“火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”在美國佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射升空，開始了它前往火星的八個(gè)半月的太空飛行。
“火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”的外形是一輛火星車，它也被叫做“好奇號(hào)火星車”（Curiosity Rover）。與2004年登陸火星的勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)兩輛火星車相比，好奇號(hào)要比它們大得多。它的大小幾乎相當(dāng)于一輛SUV，質(zhì)量是前兩部火星車的五倍。
“我們將世界上最先進(jìn)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)室送往了火星，這讓我們非常興奮。”美國宇航局局長查爾斯·博爾登（Charles Bolden）表示，“火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室將告訴我們一些我們想要知道的關(guān)鍵信息，在它促進(jìn)科學(xué)發(fā)展的同時(shí)，我們也會(huì)發(fā)展載人登陸那顆紅色星球的能力，以及前往其他我們從未去過的目的地的能力。”

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自二十世紀(jì)初期開始，人們憑著望遠(yuǎn)鏡中看到的火星影像和頭腦中的想象，認(rèn)為火星上可能存在生命，乃至火星人。然而，當(dāng)最早的著陸探測器海盜1號(hào)和2號(hào)在1976年觸及火星表面的時(shí)候，人們大失所望。
“來自海盜2號(hào)（的照片）顯示了一個(gè)寒冷、貧瘠、干燥、顯然死掉了的行星。”美國宇航局火星探測項(xiàng)目科學(xué)總監(jiān)邁克爾·梅耶（Michael Meyer）說，“就像你能想象到的那樣，人們對(duì)火星探測的熱情隨之一落千丈。”
然而，也是在同一時(shí)期，科學(xué)家在地球海洋底部的深海熱泉里發(fā)現(xiàn)了極端微生物的存在。“由此開始，科學(xué)家開始了一系列在極端環(huán)境中尋找生命的研究。從這些研究中我們了解到，生命可以適應(yīng)各種環(huán)境，看起來唯一必需的要素就只有液態(tài)水。”梅耶說。
1996年，美國宇航局發(fā)射了火星全球勘探者號(hào)探測器。這開啟了新的探索火星的時(shí)期，一系列的軌道器和著陸器被送往火星。探測的結(jié)果讓科學(xué)家了解到，火星并不是海盜號(hào)眼里那個(gè)“死掉了的行星”，它其實(shí)蘊(yùn)藏著活力。
自那時(shí)起，美國宇航局火星探測任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)就圍繞考察火星是否曾經(jīng)支持生命存在而進(jìn)行，此次的好奇號(hào)火星車亦進(jìn)一步推進(jìn)美國宇航局“跟著水走”的戰(zhàn)略。當(dāng)它在2012年8月抵達(dá)火星后，將用一個(gè)火星年（687個(gè)地球日）的時(shí)間以前所未有的精度尋找火星上可能存在過的水的痕跡，以及其他生命存在的基礎(chǔ)。
2004年登陸火星的勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)火星車已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，火星在過去曾經(jīng)是溫暖和濕潤的，甚至可能存在過海洋。但是后來它的環(huán)境發(fā)生了巨大的轉(zhuǎn)變。
盡管過去十年里探測器已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了粘土、硫酸鹽、水道等令人期待的火星環(huán)境特征，但博爾登稱：“我認(rèn)為好奇號(hào)火星車是自海盜號(hào)以來第一部追尋火星生命問題的探測器。”
全新的著陸方式
好奇號(hào)的降落點(diǎn)位于火星的赤道地區(qū)，它在明年落地時(shí)正值火星南半球的深冬季節(jié)。降落點(diǎn)位于一個(gè)叫做蓋爾的隕石坑（Gale Crater）。與勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)用氣囊包裹著落地不同，好奇號(hào)采用了一種更新穎的著陸方式，就好像是用起重機(jī)吊著著陸一樣。通過這種方式，項(xiàng)目人員希望能夠把探測器的著陸點(diǎn)控制到一個(gè)更小的區(qū)域內(nèi)。
當(dāng)探測器經(jīng)過長途跋涉，到達(dá)火星上空131千米的時(shí)候，它就進(jìn)入了所謂“進(jìn)入、下降和著陸”（EDL）階段。這個(gè)階段大約持續(xù)7分鐘，但實(shí)際的情況取決于屆時(shí)火星上的風(fēng)速等大氣條件。
“任何進(jìn)入、下降和著陸火星的過程都是一個(gè)讓你忍不住咬指甲的階段。那不是一個(gè)沒有風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境。”火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目經(jīng)理皮特·泰辛格（Peter Theisinger）在發(fā)射前的發(fā)布會(huì)上說。
好奇號(hào)火星車是被防護(hù)罩包裹著進(jìn)入火星大氣層的，外觀就像一個(gè)陀螺。在進(jìn)入大氣層之前九分鐘，“陀螺”背殼上的推進(jìn)器會(huì)將整個(gè)探測器的姿態(tài)調(diào)整成隔熱罩面對(duì)大氣層。這項(xiàng)調(diào)整完成之后，探測器會(huì)從背殼上釋放出兩個(gè)鎢制的配重，每個(gè)配重有75千克，以這種方式來改變整個(gè)探測器的重心位置。這是為了讓探測器做好與火星大氣沖擊的準(zhǔn)備。
在探測器進(jìn)入到火星大氣層頂部之后，背殼上的推進(jìn)器會(huì)再進(jìn)行一系列的噴射，以調(diào)整探測器的飛行角度和方向。這會(huì)讓探測器呈“S”形路徑飛行，這種飛行方式一方面會(huì)減少探測器下降過程的水平距離，同時(shí)也能夠修正由風(fēng)造成的偏移。這個(gè)過程被稱為“制導(dǎo)進(jìn)入”，它由探測器根據(jù)實(shí)時(shí)探測到的信息自動(dòng)完成。
“與之前的火星任務(wù)相比，制導(dǎo)進(jìn)入技術(shù)讓探測器對(duì)不可預(yù)測的大氣條件產(chǎn)生更為靈敏的應(yīng)對(duì)。”美國宇航局在一份介紹材料中寫道。
探測器在著陸前的減速過程中，90%的貢獻(xiàn)都來自火星大氣的摩擦力。隔熱罩承受到的最高溫度會(huì)出現(xiàn)在進(jìn)入大氣層后80秒，大約有2100攝氏度。
然后探測器還有一次調(diào)整重心的動(dòng)作，這次是在降落傘打開前，它丟掉六個(gè)配重，將重心調(diào)整回到對(duì)稱軸上。
當(dāng)探測器到達(dá)距離火星表面11千米的高度時(shí)，降落傘打開。24秒之后，隔熱罩脫離。此時(shí)，好奇號(hào)仍然蜷縮在背殼之中，位于8千米的高度。與此同時(shí)，好奇號(hào)所攜帶“火星下降攝影機(jī)”蘇醒過來，開始工作。它將下降過程拍攝成視頻傳回地球，一方面供互聯(lián)網(wǎng)上的“粉絲”們觀看，另一方面，這段視頻也以更高的分辨率拍攝了著陸點(diǎn)的環(huán)境，讓科學(xué)家能夠依據(jù)它來制定出好奇號(hào)最初的活動(dòng)路線。
再過幾十秒，探測器下降到1.4千米的高度時(shí)，背殼也會(huì)分離，此時(shí)探測器以每秒80米的速度下降。探測器上安裝的八臺(tái)制動(dòng)火箭開始噴射，為探測器進(jìn)一步減速，直至下降速度降低到每秒0.75米。
好奇號(hào)所攜帶的科學(xué)儀器是在2004年確定的，當(dāng)時(shí)美國宇航局從征集來的方案中遴選出了八個(gè)裝置，外加一臺(tái)來自西班牙和一臺(tái)來自俄羅斯的裝置，一共10臺(tái)。“當(dāng)宇航局確定了任務(wù)的目標(biāo)和相應(yīng)的科學(xué)儀器時(shí)，我們就看出我們得制造一部很大的火星車。很明顯的一點(diǎn)就是，你沒法用氣囊讓這樣大的火星車成功著陸。”泰辛格說。
“如果你想一下的話，”他繼續(xù)說，“只有兩種推進(jìn)型方式將火星車著陸：要么把火星車放到推進(jìn)系統(tǒng)上面，要么把火星車放到推進(jìn)系統(tǒng)下面。”如果選擇前者的話，那么落地之后如何讓火星車開下來將會(huì)是個(gè)令人頭疼的問題。
于是，“空中起重機(jī)”（sky crane）的概念誕生了。“起重機(jī)”在距離地面20米時(shí)釋放出尼龍繩，吊著好奇號(hào)下降，同時(shí)八臺(tái)制動(dòng)火箭中的四臺(tái)熄火。這時(shí)好奇號(hào)已經(jīng)不再蜷縮在背殼之內(nèi)了，場面有點(diǎn)像直升機(jī)吊裝貨物，但直升機(jī)被換作了四腳噴火的飛行器。
在接觸地面之前，好奇號(hào)的輪子伸展開來，一旦它們觸及地面，尼龍繩便會(huì)斷開連接，“起重機(jī)”飛到150米乃至300米開外，完成任務(wù)。
然后，電腦從“進(jìn)入、下降和著陸狀態(tài)”轉(zhuǎn)換為“地表狀態(tài)”，好奇號(hào)開始它在火星表面的探索工作。

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尖端儀器
好奇號(hào)帶上火星的設(shè)備是迄今為止送往火星的最為專業(yè)和先進(jìn)的儀器。它“頭”上的兩個(gè)眼睛是兩部相機(jī)，其中一部能夠跨越七個(gè)足球場的距離分辨出對(duì)面放的是籃球還是足球。另外一部在好奇號(hào)抵達(dá)一個(gè)新地點(diǎn)的時(shí)候，能夠用25分鐘拍攝150張照片，然后合成一幅全景照。
這兩部相機(jī)能夠拍攝出彩色照片，但是其原理與以往送往火星的CCD相機(jī)有所不同。以往的相機(jī)是用不同的濾光鏡拍攝一系列照片，然后地球上的科研人員將這些不同顏色的照片合成為彩色照。而好奇號(hào)的CCD能夠在一次曝光中直接獲得紅綠藍(lán)三種顏色，它所得到的照片會(huì)更加接近人眼的視覺。
好奇號(hào)還攜帶了一個(gè)被叫做“化學(xué)相機(jī)”的儀器，它能夠發(fā)射出激光，擊中7米之外的巖石或土壤。被激光擊中的物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生出等離子體，而“相機(jī)”通過觀測等離子體的光譜，來測定目標(biāo)物的成分。設(shè)備中的分光儀能夠測定6144個(gè)不同波長的光，而不同的物質(zhì)被離子化后所發(fā)出的光具有特定的波長。這部化學(xué)相機(jī)的射程足以幫助科學(xué)家尋找下一個(gè)近距離采樣和分析的目標(biāo)。
“假如巖石表面附著了塵土或者有了風(fēng)化外皮，那么（好奇號(hào)）可以發(fā)射數(shù)百次重復(fù)的激光脈沖來把表層打掉，以測量到內(nèi)部成分，并可就內(nèi)部和表層的成分進(jìn)行對(duì)比。”美國宇航局的材料介紹說。
另外一部“阿爾法粒子X射線分光儀”則能夠在10分鐘的快速檢測中，探測到巖石中含量低至1.5%的成分。如果給它三個(gè)小時(shí)時(shí)間，它就能夠探測到含量在萬分之一量級(jí)的物質(zhì)。它尤其對(duì)于硫、氯、溴等與鹽的生成密切相關(guān)的物質(zhì)敏感，從它們中可能會(huì)看出是否曾經(jīng)與水發(fā)生過作用。
好奇號(hào)有兩部直接分析巖石和土壤樣本的儀器，分別是“化學(xué)和礦物學(xué)分析儀”和“火星樣本分析設(shè)備”。
好奇號(hào)的機(jī)械臂上有鉆頭和小勺子，對(duì)于巖石，它會(huì)用鉆頭獲取樣本；對(duì)于土壤，用小勺子就可以了。取得樣本后，機(jī)械臂上的篩子能夠把直徑大于150微米的顆粒剔除掉。完成這一步后，機(jī)械臂把樣本倒入“化學(xué)和礦物學(xué)分析儀”的入口漏斗，然后通過震動(dòng)讓這些樣本進(jìn)入到儀器里。
在“化學(xué)和礦物學(xué)分析儀”的內(nèi)部，有32個(gè)像襯衫紐扣一樣大的小盒子，它們是用來盛放樣本的。它們安裝在一個(gè)轉(zhuǎn)輪上，這樣就可以通過轉(zhuǎn)動(dòng)輪子來讓任何一個(gè)小盒子位于X光的照射之下。從地球出發(fā)時(shí)，小盒子中已經(jīng)有5個(gè)裝上了地球的樣本，這是用來做校準(zhǔn)的。
檢測使用了X光衍射的方法，這也是第一次在火星任務(wù)中使用這種方法。負(fù)責(zé)該儀器的首席科學(xué)家自1989年以來就在研制X光衍射設(shè)備，他的很多技術(shù)已經(jīng)商用，尤其是在發(fā)展中國家進(jìn)行假藥篩查。
“火星樣本分析設(shè)備”是整個(gè)火星車上最大設(shè)備，有一個(gè)微波爐那么大。如果是在地球上的實(shí)驗(yàn)室里，它所集成的那些儀器能會(huì)占很大的空間。它包括了一臺(tái)質(zhì)譜儀、一臺(tái)激光分光儀和一臺(tái)氣相色譜儀。
根據(jù)美國宇航局相關(guān)材料介紹，與當(dāng)年登陸火星的海盜號(hào)相比，好奇號(hào)的“火星樣本分析設(shè)備”在三個(gè)方面具有優(yōu)勢(shì)。首先，好奇號(hào)具有更好的機(jī)會(huì)。它的選址綜合了近年來的發(fā)現(xiàn)，選擇的是希望最大的區(qū)域。它也有更好的機(jī)動(dòng)性，還可以鉆取巖石樣本。其次，“火星樣本分析設(shè)備”的靈敏度大為提高，能夠探測到含量低至十億分之一的有機(jī)物質(zhì)。第三，它使用的衍生技術(shù)讓儀器的識(shí)別范圍更廣。
在尋找水的努力上，好奇號(hào)還有一件利器，叫做“動(dòng)態(tài)中子返照率設(shè)備”。這種設(shè)備實(shí)際上早先在地球上是用于石油勘探的，它發(fā)射出中子，然后通過觀察中子與氫原子核相互作用后發(fā)生的能量變化來確定氫的存在。后來科研人員將它重新設(shè)計(jì)后用于月球和火星探測。在2002年，火星奧德賽號(hào)探測器曾經(jīng)用這種設(shè)備發(fā)現(xiàn)了火星高緯度地下的水冰。
好奇號(hào)全副武裝，做好了一切尋找火星水和有機(jī)分子的準(zhǔn)備。但科學(xué)家們并不確定他們真的能找到任何東西。“盡管火星上可能存在過生命這一點(diǎn)能夠激起興趣，如果發(fā)現(xiàn)火星上的條件不適合生命存在也是有價(jià)值的，這會(huì)有助于研究火星和早期地球之間的不同點(diǎn)和相似點(diǎn)。”美國宇航局強(qiáng)調(diào)。
大蝦們?cè)倏纯疵讎砝械臇|東，不得不服！

作者: 風(fēng)追云 時(shí)間: 2012-8-7 19:55
美利堅(jiān)，人類的希望。

作者: 薪薪相印 時(shí)間: 2012-8-7 20:34
哇

作者: c529700414 時(shí)間: 2012-8-7 20:56
CHINA還要很多年

作者: bob_fang 時(shí)間: 2012-8-11 10:39
真的是太牛了，不得不佩服呀

作者: jerryzhao2002 時(shí)間: 2012-8-20 17:03
像外星人的科技啊！

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