毅力号火星车成功登陆火星!已传回首张火星照片

作者: 王昱

来源: 环球科学

发布日期: 2021-02-19

毅力号火星车成功登陆火星,传回首张火星照片,标志着新一轮火星探测季的开始。毅力号是人类历史上第二个核动力火星探测器,其成功着陆展示了美国在火星探测技术上的成熟。毅力号将执行多项任务,包括寻找火星生命迹象、测试人类在火星生存的技术,以及释放“机智”号无人直升机进行侦察。此次成功着陆也标志着本轮火星探测窗口内三次探测任务的部分成功。

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。

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。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。

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。

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。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。

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。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。

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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