造價27億美金！美國“毅力號”成功登陸火星！

　　當地時間2月18日下午，美國“毅力號”火星車成功登陸火星，成為美國國家航空航天局（NASA）第5個成功登陸的火星車。

　　據悉，本次“毅力號”將在火星采集樣本并試圖尋找生命存在的證據。

　　NASA今天在社交網絡上宣布，經過將近7個月航行后，火星探測器“毅力號”（Perseverance），成功登陸火星表面，為調查火星是否曾經有生命存在踏出重要一步。

　　這是繼阿聯酋的“希望號”探測器和中國的“天問一號”探測器之后，今年火星“三國演義”（阿聯酋、中國、美國）下最后一個抵達火星的探測器，同時，這也是本次三個國家中最先著陸在火星表面的航天器。

　　而且，作為美國國家航空航天局 （NASA）來說，“毅力號”是其送往火星的第五輛火星車，也是迄今為止最復雜的火星車。

　　作為身價27億美元的核動力火星車“毅力號”（Perseverance），2020年7月30日于美國佛羅里達州，由“宇宙神5型”火箭搭載升空，是美國太空總署第九次的探索火星任務。其體積跟一輛小型四驅越野車差不多，重一噸，每天可以自動行駛200米距離，配備多臺科學儀器和相機，以及兩個麥克風和兩個漫游機器人，還有一個精密致巧的傳送系統用來把樣本帶回家。

　　驚心動魄的著陸七分鐘

　　本次著陸前，“毅力號”需要經歷穿越火星大氣層抵達陸地的“恐怖七分鐘”。過程包括進入大氣層、降落傘開啟、引擎驅動下降、起落架放下等步驟。由于信息傳回地球需要11分鐘左右的時間，所以科學家無法在這重要的危險7分鐘降落過程中對其干預，而是完全依靠毅力號搭載的計算機獨立完成最終的登陸，使得著陸過程難上加難。

　　事實上，著陸器分為兩個部分：上面是一個擁有八個反推火箭的“空中吊車”，下面懸掛著毅力號火星車。

　　在今天的著陸7分鐘過程中，攜帶“毅力號”的空中吊車以19.5萬千米時速進入火星大氣層。大氣摩擦使得外殼溫度最高上升到2100度。三分鐘后，降落傘展開，彈出當熱板。之后外殼背面分開，空中吊車下降速度隨之迅速下降。

　　著陸前的最后幾秒鐘，一個火箭反推懸浮的吊車，把火星車吊掛著放在地面上。當火星車接觸到地面后，空中吊車完成使命，探測車成功平穩降落到火星表面。而空中吊車切斷尼龍繩和線纜，獨自飛走墜毀。

　　值得一提的是，科研團隊利用“距離觸發”技術，將橢圓形預定著陸區的尺寸減小50%以上，讓它降落到盡量接近目標區域的位置。并且，這一技術會讓“毅力號”觸發改變方向，選擇更加安全的目標地點，從而釋放下降飛行器的降落傘。如果探測器有可能錯過目標區，就要提前開傘；如果可能無法抵達目標區，就要錯后開傘。

　　迄今為止，所有火星探測任務中超過一半都以失敗告終。此前NASA預測，本次任務安全著陸的概率僅有40％。不過，“毅力號”卻成功實現著陸，這主要得益于23個攝像頭等先進設備、美國航天技術的加持，以及此前2012年美國“好奇號”著陸火星的成功經驗，其在火星上已經默默地、孤獨地工作了大約8年。

　　NASA指出，在毅力號進入火星大氣層后11分半鐘，成功接收到它的信號，首張傳回的照片證實探測器成功著陸耶澤羅隕石坑（Jezero Crater），接下來將進行為期兩年收集 巖石樣本任務，目標在2030年將樣本送返地球化驗，以確定火星上是否存在或曾經存在過類似地球上的生命。此外，毅力號也會測試其他技術，包括從火星稀薄的二氧化碳環境抽取氧氣的設備。

“毅力號”成功登陸火星后傳回的首張表面圖（來源：NASA）

　　任務目標

　　“勇氣號” 與 “機遇號” 幫助人類更好地了解了火星上水的歷史，“好奇號” 發現了復合有機物的證據，它們是組成生命的原始成分。

　　這些證據告訴我們，火星過去可能是宜居的。“毅力號” 將邁出下一步，尋找古代外星生命的跡象。

　　選擇 Jezero 火山口，原因在于這里是有 38 億年歷史的遠古湖床，它處于三角洲位置，沉積物中可能存在與生物、生命有關的有機化合物和礦物質。

圖 | Jezero 火山口周圍地貌（來源：NASA）

　　“毅力號” 的 23 個相機將幫助科學家研究火星以獲取生命證據。其中最主要的是 Mastcam-Z 相機，它可以拍攝立體和全景圖像，并具有非常強大的縮放功能，可以放大需要進一步研究的目標，例如仔細尋找土壤模式和舊沉積物。

　　此外，SuperCam 相機負責調查巖石中的化學和礦物成分，并配有麥克風，可用于識別火星天氣。PIXL 和 SHERLOC 光譜儀將尋找復雜的生物學分子。SHERLOC 的 Watson 相機還將進行顯微成像，分辨率可達 100 微米左右，與人類頭發絲的直徑相當。

　　“毅力號” 需要花費數月時間前往 Jezero 火山口的第一個勘探點。如果火星上真的存在生命跡象，我們最早在今年夏天就能知道。

　　全新技術：MOXIE 和 Ingenuity

　　NASA 的每一項任務都運用了一些時下最先進的技術，“毅力號” 也不例外。

　　第一種技術是 MOXIE。這是一種小型裝置，旨在通過電解的方式將富含二氧化碳的火星大氣轉化為可用的氧氣。這個過程已經在地球上模擬過，但它在火星上將發揮更重要的作用。

　　氧氣的生成不僅可以為將來的火星殖民提供可呼吸的空氣，還可以提供用于火箭燃料的液態氧。“毅力號” 工作的前兩年，MOXIE 大約有 10 次制造氧氣的機會。每次將運行大約一個小時，產生 6 至 10 克氧氣。

圖 | MOXIE 設備（來源：NASA）

　　另一種技術是 Ingenuity。這是一架 1.8 千克的小型直升機，有望實現火星上的第一次動力飛行。它的部署大約需要 10 天。

　　Ingenuity 第一次飛行將升至空中約三米高，懸停和徘徊大約 20 秒。如果它能成功地在火星的超薄大氣（密度為地球的 1％）中飛行，那么它將有更多的機會飛往其他地方。

　　直升機上配有兩個攝像頭，將幫助科學家準確查看火星的地貌。就其本身而言，Ingenuity 并不是火星探索任務的關鍵，但未來當漫游車無法滿足探測需求時，直升機提供了另一種可能。

　　事實上，這些新技術并不是 “毅力號” 火星任務的關鍵。正如文章開頭所說，它最關鍵的使命是尋找生物跡象，同時為將火星土壤樣本帶回地球做準備。這可能需要 10 年才能實現。

　　探測器將鉆入地面并收集 40 多份樣本，未來 NASA 計劃和歐洲航天局 ESA 合作執行一系列聯合任務，最早可能在 2031 年將樣本帶回地球。

　　收集土壤樣本并非易事。樣品處理臂（SHA）由美國衛星圖像兼機器人公司 Maxar 制造，負責控制鉆探工作，并從地面上采集火星土壤的巖心。在火星苛刻的自然條件下，該機械臂需要承受從晚上的  -73°C 到白天 20°C 的溫度波動。

　　但最大的難點是，它必須克服火星塵埃的影響。樣品處理臂位于火星車下方，會暴露在車輪卷入的大量灰塵中。在最糟糕的情況下，如果設計不當，或者運行中出現了意想不到的小問題，一粒微小的塵埃顆粒就足以讓機械臂癱瘓。

　　現在，“毅力號” 的成功登陸令人激動，標志著它邁出了萬里長征的第一步。未來，還有更多的挑戰等待著它，科學家們期待著它能進一步揭開火星神秘的面紗。

　　與此同時，這也讓我們更加期待中國 “天問一號” 數月后的登陸任務，預祝 “天問一號” 探測器上還沒有名字的火星車也能成功登陸。