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“好奇”引发的火星之旅

文员实习报告 时间:2021-07-04 10:13:17


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经历了上亿公里的旅行之后,8月6日,美国国家航空航天局(NASA)确认,“好奇”号火星车已于当天在火星表面着陆。这是人类迄今在其他星球登陆的最精密移动科学实验室。

2011年11月26日,美国“好奇”号火星车从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射升空,用于探索火星过去或现在是否存在适宜生命生存的环境。

“我们将世界上最先进的科学实验室送往了火星,这让我们非常兴奋。”美国宇航局局长查尔斯·博尔登(Charles Bolden)这样表达自己的心情。

“好奇”号的十项全能

总投资达25亿美元的“好奇”号项目是迄今最昂贵的火星探测项目,也是迄今为止最为野心勃勃的火星探测项目。美国宇航局火星探测项目主任道格·麦奎斯申认为,“好奇”号项目是NASA“极为重要的旗舰项目……重要性与哈勃(太空望远镜)相当”。

“好奇”号的长度是上一代火星车“勇气”号和“机遇”号的两倍,重量则是它们的5倍,它携带多台设备,是“机遇”号和“勇气”号所携设备数量的两倍,包括17台先进照相机、一个机械臂、一个钻孔机、一台激光装置,其内部还配备化学实验室,用于样本分析。因此,“好奇”号也被称为有史以来最庞大、最复杂、最昂贵、也最先进的火星探测器。

此外,“勇气”号和“机遇”号在为期3个月的主任务阶段一共只移动了不到1600米,而“好奇”号却将在一个完整的火星年,也就是687个地球日的时间里,在火星崎岖的地面前进约20千米。

为“好奇”号提供动力的,是一台多任务放射性同位素热电发生器。据了解,同位素热电发生器常用于美国宇航局大量的太阳系探测活动,如阿波罗月球项目、先驱者和旅行者号飞船项目、伽利略号木星探测项目等。产生电能后,电力将储存在两块锂离子电池里,每块电池的容量是42安培小时,按照设计这些电池将在每一火星日完成一次充电——放电循环。

在“好奇”号之前,所有火星着陆器都没有安装可提取岩石内部样本的工具,“好奇”号一改这种状况……它可以利用机械臂末端的钻头钻入岩石内部取样。它将借助相关设备获取岩石、土壤和大气样本并利用车载分析仪器对其进行分析。同时,它还将对周边环境进行观察,研究火星的过去和现在是否拥有适于生命生存的环境等。

从另一个角度看,携带10种“科学武器”的“好奇”号相当于一个标准的野外地质学家,其能力足以令此前的任何火星着陆器相形见绌。

“好奇”号的任务是,确定火星是否或曾经存在能支持生命生存的环境。实际上,这不仅仅是一次单纯的火星任务,它还将对若干种新开发的工具和技术进行验证。它将测量火星岩石和泥土中不同化学元素的丰度,评估火星表面的辐射环境及其对未来登陆火星宇航员的危害,探索火星是否具有适宜生命存在的环境,寻找行星变化的线索。

可以说,此次“好奇”号的火星之旅意义重大。

不过,在成功登陆火星之前,“好奇”号要经历“恐怖七分钟”。火星科学实验室项目经理皮特·泰辛格(Peter Theisinger)这样形容这七分钟:任何进入、下降和着陆火星的过程都是一个让你忍不住咬指甲的阶段。那不是一个没有风险的环境。

当“好奇”号到达火星上空131千米的时候,它就进入了所谓“进入、下降和着陆”的阶段。在这7分钟内,它必须准确无误地执行数百道程序,50万行的程序代码,只要其中有一条出现差错,“好奇”号就会一头撞在火星上粉身碎骨。

在所有成功接触到了火星大气的11次火星任务中,有5次由于在进入大气层、下降和着陆(EDL)阶段出现故障而失败,这也是为什么工程师们将这个阶段称为“恐怖的7分钟”的原因。对于这次“好奇”号的火星任务来说,研究人员重新设计了进入EDL阶段的过程。他们用精确的引导进入系统取代了以往粗糙的进入方式,并开发出了新的着陆方法一太空起重机,这种方法今后将成为大型太空车的标准着陆方法。

“好奇”号背后的NASA

在这斥资25亿美元的工程背后,NASA还有另一项工程:他们建立十分完备的公众参与体系,力图通过公众可以接受的方式,使得每一个渴望融入火星探测的人都能理解这个计划的意义。

为了让公众尽可能的参与空间探索,NASA一直将国家航天计划的图片、视频、文字等资料免费公开。在其官方网站上,媒体、教育者、爱好者等都可以免费下载到精美的航天图片。

美国宇航局成立50多年以来,在“水星”、“双子星”载人航天任务、“阿波罗”登月任务、航天飞机和国际空间站等诸多太空项目中积累的大量影像以及视频、音频、文字资料。这些资料,全球的教育者和传播者都可以通过其网站免费下载使用。

正是由于NASA数十年来的免费供应,才保证了今天在全球各大媒体都能看到精美的太空图片。同样,欧洲的航天机构——欧洲航天局(ESA)的影像资源也是免费公开的。

由于太空探索的周期长,技术复杂,所以为了让公众可以长期关注太空计划。美国宇航局还会聘请太空画家,绘制航天影像,供媒体和公众免费传播使用。比如,这次“好奇”号登陆火星全过程的模拟3D动画,就是NASA提前制作的。

教育公众一直是NASA工作的重要组成部分,NASA有负责教育和公众参与的专门部门。在它官网上的显著位置也可以清楚地看到NASA对教育工作的重视。在网站上,NASA将信息针对不同受众进行分类,而且每个大的类别下还包括不同的小类。大的类别上,NASA根据不同群体的需要,分为了“公众”、“教师”、“学生”和“媒体”,分别推送最适合的消息。

NASA的另一项传统是希望可以培养高质量的,在科学、工程学和数学学科上具备专门技术本科生和研究生的人才,而这种培养往往是通过科学竞赛或者提供实习机会的方式实现的。在2010年3月,NASA就开始了面向公众申请者,为其提供到NASA实习或者科研的工作机会,藉此鼓励学生积极参与到科学技术、工程学和数学或者航空研究、航空教育和空间探索中去。其中,表现优秀申请者还可以获得由NASA提供的总额高达970万美元的奖学金。

“理解并保护我们赖以生存的行星;探索宇宙,找到地球外的生命;启示我们的下一代去探索宇宙”这是NASA自己定义的使命。现在看来,对于理解地球、探索宇宙和科普启迪三项工作来说,NASA做到了。

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那些年发射过的火星探测器

事实上,人类对火星探测的尝试早在20世纪60年代初就已开始。不过,人类对火星的探索经历了一个“空白期”。从“阿波罗”计划结束的70年代中到90年代中这20年左右的时间里,人类中断了火星探索。然而,自上世纪90年代开始,美国宇航局又开始了对太阳系天体的大规模无人探测。

海盗号探测器(1975年)

1975年8月20日和9月9日,美国发射了两个海盗号探测器,用于探索火星上有无生物。

火星探路者(1996年)

美国宇航局行星探测“发现计划”首个探测器,携带的索杰纳号是人类送往火星的第一部火星车。

火星环球勘测者(1996年)

1999年到2001年,火星环球勘测者执行火星全球制图任务。后由于状态良好,先后经过3次延长任务期。

火星奥德赛(2001年)

奥德赛的探测结果帮助圈定了火星车的着陆区,包括勇气号、机遇号、凤凰号及好奇号。

勇气号和机遇号(2003年)

孪生火星车,任务是实地考察找出火星环境历史线索。

火星快车(2003年)

欧空局发射的一颗火星轨道器,美宇航局提供了其搭载的七台设备中的两台。

火星勘测轨道器(2005年)

这艘多功能飞船的主要任务是用前所未有的高分辨率对火星的地表、近地表以及大气层展开全面观测。

凤凰号火星着陆器(2007年)

确认并考察了此前奥德赛探测器探测到的浅地表水冰,确认这里存在碳酸钙,会发生偶发性融水。

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