北京時(shí)間2月19日凌晨4時(shí)55分，美國(guó)“火星2020”任務(wù)中的毅力號(hào)火星車經(jīng)過6個(gè)多月的飛行，成功著陸在火星表面的杰澤羅隕石坑，正式開啟探測(cè)之旅。雖然美國(guó)毅力號(hào)火星車是今年火星三國(guó)演義（阿聯(lián)酋、中國(guó)、美國(guó)）中最后抵達(dá)火星的探測(cè)器，但卻是最先降落在火星表面的航天器，這也是美國(guó)送往火星的第五輛火星車，也是迄今為止最復(fù)雜的火星車。那么，毅力號(hào)火星車此次的主要任務(wù)是什么？它又有哪些特點(diǎn)呢？

降落法與“好奇號(hào)”相似

作為美國(guó)宇航局耗資27億美元的“火星2020”任務(wù)的絕對(duì)主角——毅力號(hào)火星車的著陸方式和好奇號(hào)火星車在2012年8月著陸火星的方式一樣，包括降落傘、下降飛行器和一種被稱為“天空起重機(jī)”的方法。

“毅力號(hào)”著陸后傳回的第二張火星照片

在著陸前的最后幾秒鐘，用一個(gè)火箭反推懸浮的天車，把火星車吊掛著放在地面上。這種著陸系統(tǒng)的發(fā)明，讓人們可以在火星表面著陸一個(gè)非常大、非常重的探測(cè)器。

當(dāng)然，“毅力號(hào)”也不是完全沿用“好奇號(hào)”的著陸技術(shù)，而是采用了一些新技術(shù)，可以達(dá)到更高的導(dǎo)航精度和更豐富的數(shù)據(jù)回傳。

為此，“毅力號(hào)”的科研團(tuán)隊(duì)采用了新方法，讓它降落到盡量接近目標(biāo)區(qū)域的位置。這項(xiàng)技術(shù)稱為“距離觸發(fā)”，可以把橢圓形預(yù)定著陸區(qū)的尺寸減小50%以上。    

“距離觸發(fā)”技術(shù)的關(guān)鍵，是選擇合適的時(shí)機(jī)來釋放下降飛行器的降落傘。早期的任務(wù)中，探測(cè)器會(huì)在火星大氣中摩擦減速，達(dá)到預(yù)期速度后盡早開傘。“毅力號(hào)”則不然，它會(huì)根據(jù)探測(cè)器相對(duì)于預(yù)定著陸位置的距離開傘。如果探測(cè)器有可能錯(cuò)過目標(biāo)區(qū)，就要提前開傘；如果可能無(wú)法抵達(dá)目標(biāo)區(qū)，就要錯(cuò)后開傘。

地形相對(duì)導(dǎo)航技術(shù)和我國(guó)嫦娥四號(hào)探測(cè)器所采用的降落導(dǎo)航技術(shù)有相似的地方。“毅力號(hào)”特別適合地形復(fù)雜、有陡坡和大塊巖石、比較危險(xiǎn)的地方。

“毅力號(hào)”降落的杰澤羅隕石坑是一處明顯的三角洲沖積扇。數(shù)十億年前，火星仍然溫暖潮濕，這里曾是一片澤國(guó)。如果真的出現(xiàn)過火星生命，這里就是最有希望找到生命遺跡的地點(diǎn)之一。

它的工作原理很容易解釋：首先是繞著火星飛行的探測(cè)器拍攝和繪制了著陸地點(diǎn)的地圖，把可能的風(fēng)險(xiǎn)都標(biāo)注出來。這張地圖會(huì)存儲(chǔ)在“毅力號(hào)”的電腦里。開傘后，“毅力號(hào)”會(huì)打開相機(jī)拍攝火星地面情況，把實(shí)際看到的地表與存儲(chǔ)的地圖進(jìn)行對(duì)比。如果“毅力號(hào)”發(fā)現(xiàn)自己正向著危險(xiǎn)地表接近（判斷范圍大約是300米邊長(zhǎng)的區(qū)域），可以改變方向，選擇一個(gè)更加安全的區(qū)域降落。

性能強(qiáng)大的“毅力號(hào)”

“毅力號(hào)”計(jì)劃實(shí)施為期一個(gè)火星年（687個(gè)地球日）的探測(cè)。具體任務(wù)包括4個(gè)目標(biāo)。

“毅力號(hào)”在火星表面進(jìn)行探測(cè)任務(wù)

目標(biāo)一：尋找可居住性，發(fā)現(xiàn)在火星遠(yuǎn)古時(shí)期可能支持微生物生存的環(huán)境中形成的巖石，或被微生物改變的巖石，確定火星過去確實(shí)存在著能夠支持微生物生存的環(huán)境。

目標(biāo)二：尋找生物特征，在那些適宜居住的環(huán)境中尋找可能存在的遠(yuǎn)古微生物跡象，特別是在那些能長(zhǎng)期保存生命跡象的特殊巖石中。

目標(biāo)三：暫存樣本，從大約30個(gè)有希望找到生物痕跡的巖石和表土目標(biāo)上鉆取樣本，并將其存儲(chǔ)在火星表面的具體位置。

目標(biāo)四：為載人登陸做準(zhǔn)備，測(cè)試從火星二氧化碳大氣中產(chǎn)生氧氣的能力。火星大氣非常稀薄，而且二氧化碳含量高達(dá)96%。人類肯定不能直接呼吸火星大氣，但二氧化碳的存在，讓人們看到了制取氧氣的希望。假如能夠用火星大氣制氧，未來的火星基地就可以自己解決呼吸問題，還可以支持更大規(guī)模的火星科考與資源開發(fā)。

能在石頭上打眼的沖擊鉆

在火星表面作業(yè)中，“毅力號(hào)”的主要工作是在石頭上打洞。具體分為以下幾個(gè)步驟：

第一步：找到有價(jià)值的巖石。科研人員特別希望能找到在水中形成或被水改變的巖石。水是生命的關(guān)鍵，如果這些巖石含有有機(jī)分子，那就更有趣了。

第二步：采集巖樣。一旦科研人員確定了一個(gè)感興趣的巖石目標(biāo)，“毅力號(hào)”就會(huì)動(dòng)用鉆機(jī)，鉆出一個(gè)核心樣本。鉆機(jī)的原理和我們?cè)诘厍蛏辖o空調(diào)打孔的水鉆一樣，但考慮到“毅力號(hào)”的承載能力和發(fā)電功率都很有限，而且也不可能加水冷卻及潤(rùn)滑，它的鉆取深度只有2英寸（大約5厘米）。

第三步：密封巖石樣本。巖芯樣品鉆取下來后，就要放進(jìn)預(yù)先清洗過的樣品管里，蓋上蓋子。按照地球上巖石的密度計(jì)算，每個(gè)樣品重約半盎司（15克）。

第四步：攜帶樣品。存好樣品后，“毅力號(hào)”會(huì)把管子插進(jìn)自身攜帶的一個(gè)儲(chǔ)存架上，然后帶著它繼續(xù)行進(jìn)，直到任務(wù)小組在火星表面選好一個(gè)臨時(shí)存儲(chǔ)位置為止。因?yàn)檫@些樣品來之不易，所以任務(wù)小組把這些臨時(shí)位置稱為“戰(zhàn)略位置”。

最后一步：保存樣本。將火星樣本放在火星表面的一個(gè)位置，等待2022年美國(guó)宇航局發(fā)射另一個(gè)探測(cè)器到火星。這個(gè)探測(cè)器具備從火星表面起飛的能力，它會(huì)找到“毅力號(hào)”存放樣品的地方，把它取走帶回地球。

與眾不同的機(jī)械臂

鉆探工作的主角是“毅力號(hào)”的機(jī)械臂。這條2.1米長(zhǎng)的機(jī)械手臂可以像人的手臂一樣運(yùn)動(dòng)。它有肩膀、肘部和手腕關(guān)節(jié)，保證了最大限度的靈活性。這只手臂可以讓火星車像人類地質(zhì)學(xué)家一樣工作，用“手”或轉(zhuǎn)塔握住和使用科學(xué)工具。火星車的“手動(dòng)工具”可以從巖石中提取巖芯，拍攝顯微圖像，分析火星巖石和土壤的元素組成和礦物組成。

“毅力號(hào)”使用機(jī)械臂在巖石上打洞

這條機(jī)械臂有5個(gè)自由度，是通過名為“旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器”的微型馬達(dá)實(shí)現(xiàn)的，這5個(gè)自由度是肩關(guān)節(jié)、臂關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)和轉(zhuǎn)塔關(guān)節(jié)。

手臂末端轉(zhuǎn)塔就像一只手，可以握持相機(jī)、礦物和化學(xué)分析儀，用來研究火星過去的可居住性，并選擇最具科學(xué)價(jià)值的樣本進(jìn)行儲(chǔ)存。

能在火星上起飛的“才智號(hào)”

除“毅力號(hào)”本身外，它還攜帶了1架名為“才智號(hào)”的小型直升機(jī)，能夠?qū)鹦擒囍憛^(qū)域附近進(jìn)行空中偵察。一旦成功，“才智號(hào)”將成為人類首架在其他行星上飛行的可控飛行器。

“毅力號(hào)”攜帶的“才智號(hào)”

“才智號(hào)”的命名來自美國(guó)亞拉巴馬州高中生瓦尼莎·魯帕尼，最終被美國(guó)宇航局選中。

據(jù)悉，只有1.8公斤重的“才智號(hào)”，并未配備科學(xué)儀器。它由兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的螺旋槳提供升力，旋轉(zhuǎn)角速度為2400轉(zhuǎn)/分鐘，水平移動(dòng)速度10米/秒，爬升速度3米/秒。“才智號(hào)”將在一個(gè)月的試驗(yàn)行動(dòng)中開展一系列短時(shí)飛行任務(wù)。

“才智號(hào)”從火星上起飛模擬圖

美國(guó)宇航局表示，若獲成功，“才智號(hào)”有望為未來利用旋翼飛機(jī)對(duì)火星開展廣泛的空中探測(cè)鋪平道路。

（原題為《美國(guó)“毅力號(hào)”攜帶直升機(jī)成功著陸火星，它要入隕石坑干這些事兒》）