据美国宇航局网站消息,北京时间2021年2月19日凌晨4点55分左右,毅力号火星车成功在火星着陆,这是继今年2月10日阿联酋的希望号探测器和中国的天问一号探测器抵达火星后,又一抵达火星的探测器。据悉,这是迄今为止人类造价最贵的火星车,耗资达27亿美元。其中,阿联酋的希望号探测器只是一颗火星人造卫星,中国的天问一号目前仍然驻留在火星轨道,预计今年5月份择机降落火星。
毅力号抵达火星后,则选择了直接降落火星的方式。早在2012年,美国宇航局的好奇号火星车曾经在火星成功着陆,毅力号可看作好奇号的升级版,两者采用了相同的基本架构和降落方式,并且都采用核动力作为在火星表面的前进动力。此外,毅力号还携带了一架小型火星直升机,直升机重1.8公斤,高0.5米,螺旋桨直径1.2米,由两个反向旋转的螺旋桨提供升力,功率350瓦。
这架小直升机靠顶部的太阳能板进行充电,电能储存在锂离子电池中。充电一天,大概能够飞行90秒!
毅力号火星车和一辆小轿车差不多,长3米、宽2.7米、高2.2米、质量约1吨,比好奇号火星车还要重一些,也是人类目前最重的火星探测器。虽然火星的表面引力只有地球的三分之一,但是把如此巨大的火星车安全投放到火星表面不得不采用非常规的技术方案。
这几年,大家对嫦娥三号、嫦娥四号和嫦娥五号在月面着陆的过程比较熟悉,这些月球探测器均采用火箭反推悬停降落的方式进行降落,火箭和着陆平台在下面,载荷在上面。据悉,我国的天问一号也将采用火箭反推的方式降落火星。但对于质量达1吨的毅力号来讲,这种着陆方式就不适合了,而是采用一种叫做“空中吊车”的技术(sky crane),这种技术方案首先在此前的好奇号火星车用过。
毅力号将降落在火星的北纬18度,西经77度,一个名叫杰泽罗撞击坑(Jezero Crater)的地方。这个撞击坑直径49公里,在远古时期曾经充满了水,里面富含沉积的黏土。毅力号火星车选择在这里着陆,就是为了寻找沉积物中可能存在过生命的痕迹。非常有趣的是,曾经有一条河流流入这个远古湖泊,在河流的入口处形成了一个三角洲。毅力号的着陆范围就覆盖在三角洲地带。
毅力号火星车携带了七大科学仪器,包括Mastcam-Z、SuperCam、PIXL、SHERLOC、MOXIE、MEDA和RIMFAX。
这些仪器将帮助毅力号进行高清晰的全景和立体图像拍摄、远距离利用激光和光谱仪对火星上的岩石和土壤成分进行分析、利用X射线和紫外光谱仪对矿物和有机物质进行分析、从火星大气的二氧化碳中制取氧气、对火星大气的温度、气压、风速、风向、相对湿度以及沙尘的大小和形状进行记录,以及利用雷达对火星表面之下的地质结构进行探测。
美国宇航局的本次火星任务,非常具有创新性的一点是,除了高大上的毅力号火星车之外,还有非常灵巧可爱的火星无人机。这架名为小机灵的直升机重仅为1.8公斤,高0.5米,螺旋桨直径1.2米,由两个反向旋转的螺旋桨提供升力,功率350瓦。虽然火星的表面引力只有地球的三分之一,从这点看有利于飞行器飞行,但是火星的气压只有地球气压的1%,空气非常稀薄,因此要求螺旋桨转动更加快速才行。
小机灵直升机螺旋桨旋转角速度可达2400转每分钟。水平移动的速度为10米每秒,爬升速度为3米每秒。这架小直升机靠顶部的太阳能板进行充电,电能储存在锂离子电池中。充电一天,大概能够飞行90秒!安装有一个彩色相机和一个黑白相机。这架直升机无法直接和地球联络,要通过毅力号进行信息接力传输,因此,不能飞离毅力号太远,最远航程仅300米,最远通讯距离为1公里。
其实,本次火星直升机项目主要是为了进行技术验证,并没有赋予太多任务使命。火星直升机比轨道上的人造卫星分辨率更高,而且比火星车更加灵活,机动性更强。一旦飞行成功,将为未来火星探测增加了全新的方式。
毅力号火星车使用的是“放射性同位素热发电机”(Radioisotope Thermoelectric Generator,缩写为RTG)提供电能。
其原理是,通过热电偶装置把放射性同位素钚-238衰变产生的热直接转换为直流电来提供火星车的行驶和各项仪器设备使用。人造同位素钚-238的半衰期仅为88年,这意味着它的放射性衰减之快可以让它非常炽热。钚-238释放的是阿尔法射线,很容易被阻挡,这种物质不能用于核弹。RTG没有活动的部件,所以很可靠,并且放射性材料能够持续发热很多年。
RTG除了用于为毅力号供电之外,余热还能为毅力号的各种仪器以及自身供暖。毅力号使用的RTG装置是当年好奇号火星车的备用产品,重量约45公斤,里面封存有4.8公斤的二氧化钚。当电力需求低谷的时候,RTG就给两块锂离子电池充电,以备用电需求增加的时候使用。随着放射性元素的不断衰变,输出功率会越来越低,但毅力号上的RTG使用寿命至少可达14年。
为了唤起公众对这次火星任务的注意,依照惯例,美国宇航局开展了“发送你的名字到火星”的活动,通过网络向全世界征集,最终征集了10932295个名字。值得注意的是,这些名字不是以二进制的形式存放在内存里,而是用电子束雕刻的方式刻在三块指甲盖大小的硅片上。这种活动,美国宇航局已经举办过多次,每当有深空探测任务的时候,往往都会通过网络征集名字。
最近的一次是2018年洞察号火星车发射的时候,同样征集过一波,那次收集的人名数量大约有240万。2011年好奇号火星车发射的时候,征集到的人名数量才100多万。
火星是太阳系内与地球环境最接近的行星,有稀薄的大气层,气压为地球的1%,局部最高温度甚至可达35摄氏度,当然平均温度还是比较低的,只有零下63摄氏度。此外,还封存有大量冷冻状态的水。因此,在未来,火星几乎是唯一存在移民可能性的行星。另外,火星还可能存在像微生物这种低等生命的可能性。这也是世界各国热衷探索火星的重要原因。