书城工业技术遥远的使命——空间探测器
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第27章 神奇的漫游者

“旅居者”号火星车

火星车的灵感来源于月球车。月球车在月球上的卓越表现,给火星探测者们很大的启发,所以后来的火星探测也使用了这种星际探测车。

为了那个迷人的红色星球,1996年11月16日夜,俄罗斯“火星96”探测器顺利升空,但是它的第四级助推火箭只喷射了20秒钟就停止了。两小时后,它与地面的联系中断,一切努力都不能挽回这次发射的失败,“火星96”在一片惋惜声中坠毁在澳大利亚。

第一辆真正意义上的火星车是美国人制造的。这就是美国的“旅居者”号。1997年7月4日美国独立纪念日那天,“旅居者”号被“火星探路者”探测器带到了火星。着陆前10秒钟,“旅居者”号上面的数十个气囊一齐膨胀起来,距离地面30米时,减速火箭点火,着陆器进一步减速。这些气囊在地面弹跳十几下后,终于降落在阿瑞斯平原。“旅居者”号终于踏上火星表面。

“旅居者”号火星车,重10千克,只比玩具汽车大一点,靠6个轮子前进。火星车每天只能走5至100米。地球上的信号需要经过最短10分钟的时间,才能抵达火星。“旅居者”号必须有一个灵敏的耳朵——天线。

科学家为“旅居者”号预先设计了旅行路线。“旅居者”号首先自目标区西南部的一个长100千米、宽19.3千米的椭圆形区域缓慢行进。在探测区,有一个古代洪水冲刷形成的488平方米的小岛,“旅居者”号跑来跑去详尽观察。科学家发现火星山谷平原发生过多次洪水,并有众多由水冲击而来的圆形岩石,其中许多岩石沿同方向排列,表明它们受到同样水流的冲击。科学家推测当时洪水有数百千米宽,水流量为100万立方米/秒。

到火星上比智慧比技术,是太空科技的豪言壮语。美国第2代火星车的大小就增大了好几十倍。美国正在研发的第3代火星车将达到吉普车大小。

幸福的漫游者

2003年,美国“火星探测漫游者”计划开始实施,将两辆火星车送往火星。“火星漫游者”探测器由飞行器、安全罩、着陆器和火星车等组成。着陆器是运送火星车安全登陆的运载器,包括降落伞、安全气囊等。

2002年11月,为给“火星漫游者”的两辆火星车取名,美国国家航空航天局向5至18岁美国青少年征集名字。

2003年6月8日,美国国家航空航天局宣布:美国亚利桑那州的9岁女孩索菲?柯林斯胜出,火星车命名为:“勇气”号与“机遇”号。

“勇气”号与“机遇”号火星车,肩负7项艰巨的科学任务:寻找火星生命的迹象、查清火星气候特征、掌握火星地质特征等,为人类登陆火星做准备。2003年6月10日,“勇气”号发射成功;同月25日,“机遇号”发射成功。

美国国家航空航天局的“勇气”号和“机遇”号火星车兄弟成功登陆火星,开始了探测红色星球的征程。它们双胞胎是行星探测历史上最成功的典范。

双胞胎探险家

科学家称“勇气”号与“机遇”号兄弟俩为漫步火星的“地质学家”。兄弟俩将乘气囊下降到火星。

兄弟俩是火星智能机器人。它有许多最先进的装备。它感觉很自豪很幸福。“火星漫游者”的自动化程度很高,有大脑、颈、头、眼睛、手臂,甚至还有与地质学家一样的工具——放大镜和小锤子。

火星车的身体长1.6米、宽2.3米、高1.5米,重193千克,推进剂质量为50千克。大脑是一台每秒能执行约2000万条指令的计算机。不过,它们的大脑与人类大脑位置不同,在火星车躯体内部。它们的眼睛却长在头顶上,一定是为了站得高看得远。

火星车的头和颈是火星车上伸出的一个桅杆式结构,能360°转动和折叠(导航仪安装在车轮底高度约1.4米的桅杆顶部,上面装有一对可拍摄火星彩色照片的全景照相机作为眼睛)。它能站在火星表面像人一样环视四周,找到感兴趣的目标狂拍一阵。

科研仪器安装在火星车的前面和后面,称为雅典娜科学包,包括热辐射光谱仪、α粒子X射线光谱仪,穆斯堡尔光谱仪、显微成像仪和岩石研磨工具。

当火星车发现值得探测的目标,会以6个轮子当腿,运动至目标面前,然后伸“手”进行考察。火星车的手臂具有与人肩、肘和腕关节类似的万向结构,能够灵活地伸展、弯曲和转动,甚至360°转动。

火星车带有多种工具。它的显微镜成像仪能像地质学家手中的放大镜一样,以几百微米的超近距离,对火星岩石纹理进行研究。α粒子X射线光谱仪,可以用α粒子和 X光进一步分析岩石构成。火星车还有一个相当于地质学家常用的小锤子,能在火星岩石上敲敲打打。它认真起来,就使出撒手锏——钻头,轻松打出直径45毫米、深约5毫米的洞,深入研究岩石内部。

火星车有一个餐桌大小的太阳能帆板,为自己提供电源。在理想情况下,可爱的兄弟俩每天最多可在火星上漫步20米,生命力约90个火星日,也就是地球的92天。这两个幸福的流浪汉6年多后仍然健在,每天各自向地球发回100兆位的数据。

火星车是人类遣往其他行星上第一个可以移动、自动化的大型实验室。这是人类在火星探测方面向前迈出的一大步。2004年美国东部标准时间1月3日和24日,“勇气”号与“机遇”号分别登上火星。“勇气”号与“机遇”号的火星之旅引起全世界的关注。

勇敢者的游戏

在火星上登陆,要冒着极大的生命危险生。火星车像只雄鹰一样盘旋在火星轨道上空,看准降落地点后,义无反顾地直扑下去。2004年1月4日,着陆器以1.93万千米/时的速度进入大气层。

别急!“勇气”号胆大心细,为降落热身一下。它提前15分钟,利用着陆雷达测量高度,指导自己准确地降落。“勇气”号必须合理安排好时间、速度和角度。它提前4分钟减速,时速控制在1600千米,太快了要撞上火星。“勇气”号计算着时间,在着陆前的2分钟内打开降落伞。降落伞将减慢到300千米/时,最后以约50千米/时的速度下降。

当离地面只有100米高度时,着陆器的制动火箭起动,放慢了速度,并精确定位。在着陆前的最后6秒钟,着陆器迅速给安全气囊充气膨胀。当距火星表面15米高时,安全气囊与降落伞连接着的绳索被爆炸螺栓切断。安全气囊计算降落参数,确保在距离火星表面13米高时,速度降到零。

安全气囊在火星表面跳跃、反弹几次,最后停下。此时,着陆器的总重量是544千克。着陆器庆幸自己安全着陆。美国东部时间1月3日23时35分,着陆器成功降落。安全气囊放气、收回气囊。 “勇气”号火星车从花瓣中轻巧地开上了火星地面。这是火星车第一次在这个红色的星球上登陆。

如果着陆弹跳过程中,碰到特别陡峭的大石块;如果降落时没有以正确方式完成每项任务,这次探索火星的使命就可能失败。以往发射的火星探测器,已有一多半遭遇不测,最后以失败告终。

“勇气”号火星车在火星南纬14°82′, 西经184°85′,一个称为古谢夫环形山附近登陆。古谢夫环形山是个陨石坑,面积76千米×19千米。火星的南部下半年是夏季。根据程序,“勇气”号休息了一会儿。继而火星车展开太阳能帆板马上开始充电,然后打开天线,启动广角照相机,准备工作。

登陆后3小时,“勇气”号给它的主人、地球的科学家发出第一声问候:哈啰!我已安全到达。也向地球发出第一幅图像。图像显示:古谢夫陨石坑周围是平坦的平原,布满小石头。地老天荒的故事

火星,你到底几岁了?通过两辆火星车传送的地形数据资料,科学家发现火星曾经历了三个明显的地质时代,现在正变得更加干旱。如果火星上曾经存在生命,那么生命体可能幸存于火星的幼年时期。

“勇气”号和“机遇”号登陆火星以后,就以火星人的名义在火星上到处漫游,通过漫游去探索火星的秘密,去发现火星那微弱的脉搏和麻木的神经。“勇气”号和“机遇”号很快有了许多令人震惊的重大发现。如火山爆发、强烈的灰尘气旋、外星陨石,证实了火星表面上有上升的热气流和间歇喷井。“勇气”号和“机遇”号的鼻子不怕臭,能闻出很多种气味。它们发现火星是个“发臭”的星球。岩石中含有很高浓度的硫磺。气体恶臭味简直接近于臭鸡蛋的味道。

科学家很早就推测火星曾是一个潮湿的世界。“勇气”号和“机遇”号进一步证实了这一推测。它们探测到含硅量很高的土壤和带有水波纹的岩石层。这是有河流或海洋才能形成的地质,从而证明火星曾经有水资源。

有一天,“勇气”号的轮子受损了。它拖拉着轮子行走,意外蹭出特殊火星土——含硅的土。“勇气”号不经意间找到了迄今没能发现的有关火星有水的证据!这意味着火星上可能曾有生命。硅含量很高的土壤是火星有水的最强有力证据。有水存在过,并不意味着火星上就一定存在过生命。

漫游者还是守望者

“勇气”号和“机遇”号的探险生涯很艰辛,也很浪漫。到2007年,“勇气”号已经跋涉了6.9千米,而“机遇”号则跋涉了9.8千米。“勇气”号发回了88500多张照片,而“机遇”号发回了80700多张照片。火星尘暴和风暴偶尔清理火星车的太阳能帆板,从而增加了兄弟俩的寿命。兄弟俩3个月的设计寿命,结果活了3年多,甚至还想好好活下去,多做点工作和贡献。

“勇气”号的探险生涯很惊险,不是掉进火星坑里,就是被大石头挡住去路,几次死里逃生。2005年11月,美国国家航空航天局为了“勇气”号安全过冬,希望它在第二年1月1日之前,最好到达一个斜坡,避风避难。“勇气”号一不小心翻倒在一处火星坑,不可自拔,身处险境。“勇气”号很狼狈,但还幽默地给自己抓拍了几张照片。

在地球人的帮助下,“勇气”号鼓起勇气,走了一个漂亮的Z字形路线,奋力爬上了坡,全力摆脱困境。“勇气”号没有流汗,而美国国家航空航天局的工程师们每个都累得大汗淋漓,汗流浃背,他们说:陷到泥潭不可自拔的,好像不是“勇气”号而是自己。

2005年8月27日,“勇气”号在科技人员的鼓励下,拍摄了唯一的一张自画像。“勇气”号用顶端的摄像机,以最好的视野为自己全方位拍摄。人们合成了自画像,很漂亮,虽然略微扭曲地面和天线。这是“勇气”号为自己拍摄的遗照。

由于尘暴天气,“勇气”号上面覆盖了更多的尘埃,储存的电力将要耗尽。“勇气”号的前途命运生死攸关,也许熬不过冬天。“勇气”号能安然度过即将到来的火星冬天吗?

2009年4月23日,“勇气”号在一处名为“特洛伊”的火星丘陵处陷入沙土中,从此动弹不得。“勇气”号发回的照片显示,下方一块岩石可能卡住了其腹部,两个车轮已损坏。2010年1月26日,美国国家航空航天局宣布终止营救“勇气”号火星车。“勇气”号的设计寿命为3个月,但超期服役了近6年。科学家说:“它并未死亡,而是进入了生命的另一个阶段。”

漫游者已经累死在火星上。它们伸长着脖子,眺望着地球,看得见家。家就在前面,可永远回不了家。它很想回家。这种情景,令我们地球人十分伤感和心痛。“勇气”号不管你在那里,我们都要找到你。等我们地球人登陆火星,一定将你们兄弟带回地球。科学家说,我们准备着!

2010年1月初,“机遇”号火星车已在火星自由漫游了17.7千米。那天,“机遇”号发现了一块奇特的岩石,命名为“马奎特岛”。“机遇”号利用火星车上的岩石钻探打磨工具将“马奎特岛”被风化的表面打磨掉,露出真正的岩体。这是“机遇”号打磨的第38块岩石,也是最硬的一块,但不是最后一块。“马奎特岛”非常迷人,但是“机遇”号不可能停留太长时间只为研究它。科学家们认为,这块岩石应该来自火星地壳内部深层区域,对它的研究将有助于发现火星内部结构的秘密。