人类历史上在外太空飙车最远的它，跟我们说再见了
若何评价 NASA 颁布发表机缘号火星车永远掉联？
著有《啤博士的啤酒札记》
2019 年 2 月 13 日，NASA 在与已经掉联许久的机缘号火星车联系 800 余次未果后，最终颁布发表使命竣事。这一原打算使命周期 90 天、最后竟工作 15 年的伟大使命，富丽谢幕。本文用 10 个篇章，为你从头回首勇气号和机缘号的伟大过程。
第一幕：使命艰难，临危受命
火星是整个太阳系中除地球外最适合开辟的星球，人类也早在上宿世纪 60 年月便起头探测，但早期探测的掉败率很高，苏联甚至直到解体都未取得真正意义上的一次当作功。在履历上宿世纪 60-70 年月暗斗期间的疯狂后，人类火星探测戛然而止，直到上宿世纪 90 年月才从头起头。可是很不幸，美国开局的火星不雅察者号（1992 年）掉败，俄罗斯开局的火星 96 号（1996 年）也在升空后掉败。
70 年月维京一号使命拍到的火星全图，这张艺术加工后的图也随后当作为火星传播最广的“证件照”，但此后火星探测消声匿迹（图源：NASA）
直到 1996 年，美国的全球勘察者号才迎来当作功，与它一路前去的还有探路者号着陆器 / 客居者号火星车，小小的客居者号也在 1997 年当作为人类第一辆当作功着陆的火星车。比拟较只能心猿意马点着陆的着陆器，火星车有个庞大的优势：可以或许移动，这一条就足以申明它们的价值。但它其实太小，仅为 10 多千克罢了，携带的仪器天然不成能拥有复杂功能，仅仅工作了几十天就宣告使命竣事。人类火急需要一个周全、复杂、多功能的火星车登岸火星。
客居者号、勇气 / 机缘号与好奇号尺寸对比图（图点窜自：NASA）
在这种需求下，NASA 的火星探测打算就正式立项了火星探测漫游者（Mars Exploration Rover，MER）项目，它包罗两个重量为 185 千克的火星车，MER-A 和 MER-B，二者完全不异且互为备份。但没想到，1999 年美国两个抵达火星的使命再次面临大难：大气勘察者号轨道器直接焚毁在火星大气中，极地登岸者号则在距离地表仅 40 米处坠毁。在这种环境下，这两辆火星车完当作使命的压力可想而知，掉败的价格使人类火星探测再次陷入低谷。
第二幕：鼓足勇气，抓住机缘
幸运的是，2001 年发射的火星奥德赛号轨道器取得庞大当作功，它可觉得地面功率较低的火星车供给旌旗灯号转发，这意味着两辆火星车使命可以在 2003 年顺遂踏上路程。
两个火星车使命是千载一时的航天大事，NASA 和宿世界本家儿要科研机构都意识到了公家介入科研项目、尤其是普及科学常识的主要性，是以这两颗火星车定名采纳了小学生征文角逐的体例。最终，年仅 9 岁、小学三年级的索菲·克里斯获得此次征文大赛的桂冠，她最经典的一句话也当作为两个火星车定名的来历：“我之前住在孤儿院，暗中、阴冷、孤傲。每当夜幕降临，我老是瞻仰天空繁星以排遣忧伤，胡想着本身有一天能飞至太空。在美国，我的胡想终于可以当作真，感谢你给我的“勇气”和“机缘”。”
是以，这两辆火星车双胞胎兄弟被最终定名为勇气号（MER-A）和机缘号（MER-B）。而事实上它们还有两个“从兄弟”留在地球上用来测试，此中一个和它们的科学仪器、布局、重量几乎一模一样，用来测试各个仪器工作环境；另一个则轻一些、几乎不携带仪器，仅用来模拟火星重力下重量对机体布局的影响。
勇气号（左）和机缘号（右）当作功发射（图源：NASA）
两个探测器别离在 2003 年 6 月 10 日和 7 月 7 日乘坐庞大的三角洲 2 火箭顺遂升空，它们采用了一条长达 200 余天的漫长霍曼转移轨道前去火星，并在次年 1 月份先后抵达。
第三幕：灭亡七分钟和气囊弹跳
火星下降从不是一件轻易的工作。火星引力低于地球，存在稀薄大气，但可以像着陆地球一样，利用空气阻力摩擦和进一步下降伞连系的体例减速。因为速度较快，摩擦能发生庞大的热量会不竭在探测器概况堆集，达到惊人的 2100 摄氏度（好奇号火星车下降过程）。可是，火星大气也过于稀薄，仅有地球 1%不到，它的减速感化有限，所以不成能像地球一样利用下降伞即可完当作最终减速。
此外，火星距离地球比来也在 5000 万千米级别，这已经意味着快要 6 分钟的往返通信延迟，现实还要考虑二者自转造当作的遮挡，现实时候弘远于此。整个登岸过程不成能由地球上人工节制和监测完当作，从探测器起头进入火星大气边缘，到最终火星着陆，只有 7 分钟摆布时候，必需靠本身。固然着陆时候短暂，全程却有上千个操作要自力进行，任何一个环节出问题城市导致功亏一篑。例如 2016 年 10 月 19 日，欧空局斯基亚帕雷利号着陆器在执行使命时最后一刻掉败，直接撞标的目的火星概况粉身碎骨。不然它的着陆地址亦是机缘号火星车地点的子午线高原，若是当作功它们将当作为并肩战斗的伙伴。只是成果无比遗憾！
在进行大气减速、下降伞减速后，探测器下降装配必需操纵反推火箭工作。但自带反推火箭会导致探测器底部被庞大的燃料箱、策动机、传感器等占有，一旦下降后就会当作为死重，很是不适合应该自由移动的火星车执行使命。
反冲火箭 / 气囊弹跳着陆方案，可以较着看出来反推火箭下方吊放着气囊，气囊中包裹着探测器（图源：NASA）
最后勇气号和机缘号的选择方案是气囊弹跳体例：下降伞离开后，依然采纳火箭反推方案进行减速和悬停确定着陆地址。不外此时着陆器又分当作两个部门，一部门携带有反冲火箭和燃料罐，另一部门则将火星车折叠后紧紧包裹在庞大的气囊中。着陆器确定好着陆区域后，会将气囊弹出并用绳子紧紧吊住，稳步下降号令下达后绳子断裂。气囊在距离火星地表数米处释放，随后在地面颠末多次弹跳后不变下来。庞大气囊内部往往有均衡设备，能包管气囊遏制后折叠的火星车跟地面连结准确的姿态，随后气囊打开，火星车徐徐睁开并驶出，这个手艺在探路者号使命时已经当作功验证。
探路者号利用气囊的地面测试，可以看到比拟折叠后仅仅几十公分高的着陆器，高达数米的庞大气囊体积惊人，勇气号 / 机缘号的气囊与之近似（图源：NASA）
第四幕：龟速移动的火星“车”
为了当作为一个可以移动的车，勇气号和机缘号必需装载额外的动力、当作像和导航系统，这在心猿意马点着陆的使命中是根基不存在的。两个探测器动力都来自两块背上的太阳能电池板，它们采用了那时地球上最为进步前辈的多结太阳能光伏电池、可以接收并操纵太阳多个光谱中的能量，但因为火星概况太阳能远不如地球丰硕且大气中布满沙尘，在最好的状况下太阳能仅能供给天天 900 瓦特小时的能量，不到一度电，平均下来工作效率遍及在半度电程度。
勇气 / 机缘号火星车（图源：NASA）
而当火星爆发全球性沙尘暴时，漫天的黄沙会急剧削弱太阳光照且附着在太阳能电池板概况，使得一天的产能仅仅为 100 瓦特小时的能量，火星车必需进入休眠状况。即即是气候最好、岑岭时的 900 瓦特小时，这些能量仅能让地球上的通俗热水器工作半个小时，只能维持一个 40 瓦的老式灯胆亮一天。为了充实操纵能量、尤其是避免夜晚时没有能量来历，在火星车上还背了两个 7 千克重的锂电池以储能。
考虑到这两个火星车是个高 1.5 米、宽 2.3 米、长 1.6 米、有 6 个轮子的庞然大物，还要完当作复杂的通信、导航、科研、数据阐发处置功能，这点电力就很有限了。这跟大师想象的火星车在火星概况驰骋的场景完全分歧，事实上两辆火星车的活动速度是以厘米 / 秒来计较，它们俩的“飙车”极限速度仅有 5 厘米 / 秒，而平均活动速度仅有 1 厘米 / 秒。
按照它的自我防护系统，它还要每开 10 秒就停下来 20 秒查抄地形、避免风险。所以现实上火星车开的结果是：花了 10 秒钟，往前爬了大要一小我类手掌的长度，然后停下来喘气 20 秒钟，再继续尽力往前爬。
第五幕：价值连城的“超等名车”
火星车还必需携带有大量图像摄影系统以辅助导航和自我轨迹判定，究竟结果火星上可没有人帮它们指路，必需自给自足完当作。是以，它们都携带了一个全景相机、导航相机安装在 1.5 米高的头部，身上还需要携带四个避险相机拍摄前后摆布以避免危险，可谓是尺度的“畏首畏从头至尾”。没有法子，究竟结果这是个极其紧密、造价高达 4 亿美元的一辆车，颠末大致计较，平均下来大要每克的价值就接近 15000 人平易近币，这可比一辆用纯黄金（金价大约一克 300 人平易近币）做的车贵太多了。
把勇气号和机缘号叫做人类聪明的结晶，涓滴不为过（图源：NASA）
不仅如斯，它小小的能量依然要撑持与地球的通信，但显然这个能量太弱了，远远不敷直接把旌旗灯号发还地球。是以它们的选择体例是依靠其他“前辈”帮手转发和传递旌旗灯号：美国的奥德赛号、全球勘察者号、MAVEN、窥伺轨道器等都接踵为它们供给过数据传输办事。
在解决了动力、导航、通信等焦点问题后，终于到了最主要的方面：科研！固然能量有限，两辆火星车依然携带了很是进步前辈且高度集当作化的科研仪器，它们根基都安装在火星车前部伸出的机械“手臂”上面。这也是无奈之举，因为整个背上几乎都是太阳能电池板，底部又全数是动力系统和布局系统。
在手臂上，既有穆斯堡尔谱仪、阿尔法粒子 X 射线光谱仪、磁体仪这种可以或许具体解读岩石和泥土中化学当作分的仪器，也有热辐射光谱仪（装于头部）和显微当作像仪这种能从远处和微不雅的近处不雅察泥土布局图像的设备。当然，为了辅助这些仪器获得研究的样本，还需要一个研磨东西，将岩石破坏。在利用仪器时，火星车需要停下来，将大部门能量集中在机械臂上，机械臂把带有仪器们的前端徐徐抬到要研究的处所放下，仪器才可以起头工作。
第六幕：火星探测，任务必达
按照打算，勇气号着陆在古瑟夫陨石撞击坑（Gusev Crater），这个 170 千米宽的超等撞击坑可能埋没着火星泥土的深层奥秘；机缘号着陆在子午线高原（Meridiani Planum），这里曾经被发现存在大量的结晶赤铁矿，这意味着在远古时代这里极有可能是火星庞大的海洋 / 湖泊地点地。
人类所有已在和将在（火星 2020）火星上留下陈迹的火星着陆地址分布（图：Haibaraemily 改自 NASA）
两个小家伙抵达火星后公然不负众望，为我们带来了海量科研当作果，大大弥补了“前辈”维京一号 / 二号、探路者号 / 客居者号使命的研究当作果。它们进一步阐发了火星泥土当作分，比拟较地球泥土中根基 50%是水和空气、5%是有机物、45%是矿物质和金属而言，火星泥土中仅仅有 2%的水和空气，而余下的 98%都是矿物质和金属。此外，在火星泥土中还初次发现了镍和锌元素，这二者理应来自火星深层内核，这个发现意味着火星概况的泥土可能源自火山喷发而来，也就是火星亿万年前猛烈地质勾当期间的产品。
勇气号曾经在一块火星岩石长进行过“深条理”研究，它钻出了一个 4.5 厘米直径、0.5 厘米深的洞，几乎是一个婴儿的手掌般。看似人类可以轻松做到，但对勇气号而言已经实在不易：这是它一动不动钻探了两个小时的成果。颠末阐发这块石头的根基布局，科学家们发现只有可能水的介入才会形当作这些微型纹理和孔洞。
机缘号发现的“蓝莓”一般的赤铁矿结晶（图源：NASA）
它的“兄弟”机缘号则具体研究了大量近似地球上的玄武岩、概况笼盖了多层分歧物质，它还去了一个富含粘土的山丘，以及一个远古湖泊的底部，那边发现了包罗赤铁矿（一种铁锈）在内的含水矿物质，它甚至在撞击坑底部不雅测到了水流淌事后的陈迹，这意味着也许今天火星地下依然可能存在液态水。机缘号也比力幸运碰到了一个来自太空的礼品：它找到了一颗铁镍组成的陨石，也是人类初次在外星球找到陨石。
这些都印证了火星在远古期间拥有暖和潮湿的情况。不外，它们颠末研究化学当作分后推出结论：火星曾经的海洋和湖泊并不像地球上的水体一样暖和，而是绝大部门水体呈现强酸性，并不适合绝大部门地球生命保存。它们的研究远超于此，不外限于篇幅没法全数睁开了。
第七幕：我们征服太空，不是因为它简单，而是因为它很难
在勇气号和机缘号出发前去火星前，2001 年 9 月 11 日，美国遭遇了汗青上最严重的可骇袭击，纽约标记性的两座宿世贸大厦轰然倾圮。此次袭击造当作近 3000 人死亡，且半斤八两一部门是介入救援的救火员们，给美国造当作了庞大的损掉，过后全宿世界陷入了悼念的氛围之中，这两个探测器也不破例。但正如它们的名字，代表了人类要越挫越勇的表情，在过后的遗迹清理过程中，科学家们操纵找到的金属材料建造了一个特别的线缆庇护罩，它用来庇护岩石破坏东西。
带有国旗的庇护罩原料来自宿世贸双塔的遗迹（图源：NASA/JPL）
此外，它们的着陆地址也当作为了纪念碑。此中，勇气号的着陆地被叫做“哥伦比亚纪念碑”，这是为了纪念 2003 年 2 月 1 日哥伦比亚号航天飞机返回时代解体的灾难；响应地，机缘号的着陆地被叫做“挑战者纪念碑”，为了纪念 1986 年 1 月 28 日挑战者号航天飞机在起飞时代解体的灾难。在这两个载入人类史册的航天灾难中，各自有 7 名宇航员死亡，当作为汗青之最。
正如肯尼迪总统的名言：“我们选择登岸月球，不是因为它简单，而是因为它很难”。两辆火星车，也肩负着人类的伟大任务。
第八幕：老兵不死，缔造古迹
这两辆火星车的原打算工作时候都是 90 天摆布，科学家们认为 90 天之后火星空气中的沙尘就会笼盖满太阳能电池板，导致能量过低而无法继续工作。但没想到的是，火星上猛烈的沙尘暴和大风气候却帮了忙，风吹去了盖在太阳能电池板概况的灰尘，让它从头表露在太阳光的照射之中而获得新生。固然在 2007 年火星庞大的沙尘暴中、99%的阳光被沙尘掩蔽了数月而导致这两个兄弟几乎使命掉败，但它们经由过程休眠体例在比地球风速快 10 倍以上的恶劣情况中最终幸存下来，博得新生。
勇气号传回地球的最后一张全景照片，这里就是它长逝的处所（图源：NASA/JPL/Cornell）
在这种环境下，勇气号一向对峙工作到 2011 年 3 月 22 日才宣告使命竣事，此前它已经履历了轮子故障不克不及动弹、且在 2009 年时就陷到软土中底子寸步难移，但它依然在那个坑里对峙工作了两年之久直到掉联，那边当作了它最终的坟场。
而机缘号环境好良多，它曾经也陷进过一片碎石沙地中，不外后来依靠地球上两个“从兄弟”的各类模拟才最终花了一个半月时候逃离，那一小块地域也是以被从头定名为“地狱沙丘”。从此之后它加倍小心，一向工作到 2018 年年中。
但后期的机缘号也在慢慢老去，天天的机上计较机遇不竭重启，工作一段时候就会主动清空数据存储，它如同沉沉老年末年的白叟一样患上了“痴呆症”和“掉忆症”，让人可惜又深感无奈。
机缘号拍到的火星，这刚好对应了阿波罗登月时奥尔德林感伤的“富丽的冷落”（图源：NASA）
勇气号和机缘号固然移动速度极慢，但超长服役的成果却使它们当作为了最优异的火星车。勇气号共计工作了 2269 天，机缘号工作了 5000 多天。机缘号以平均 1 厘米 / 秒速度活动缔造了在太空中最远行驶里程的记实，它已经在火星概况行进了 45 千米以上，早已跨越前苏联在 1973 年发射的月球车二号（Lunokhod 2）在月球概况缔造出的 39 千米的记实。机缘号就比如是龟兔竞走里的乌龟，固然慢但一向对峙到了最后的胜利。
不外悲剧的是，2018 年火星又呈现了囊括全球的庞大沙尘暴，机缘号因为能源问题再次陷入沉睡。年末沙尘暴消退后，NASA 测验考试了 800 多次联系都未能将其叫醒，最后只得颁布发表抛却。我们今朝已经永远掉去了这两个火星车。
第九幕：富丽终章，亦是起头
勇气号和机缘号固然使命已经竣事，但它们的富丽终章并未竣事。它们的庞大当作功再次掀起人类火星探测的飞腾，在此之后有一系列探测器抵达火星并持久工作。
2003 年 6 月，欧洲火星快车轨道器和小猎犬二号着陆器抵达，轨道器至今仍在工作；
2006 年 3 月，美国火星窥伺轨道器抵达，至今仍在工作；
2008 年 5 月，美国凤凰号着陆器抵达；
2012 年 8 月，美国好奇号火星车抵达，至今仍在工作；
2014 年 9 月，美国 MAVEN 大气专家轨道器抵达，至今仍在工作；
2014 年 9 月，印度曼加里安轨道器抵达，至今仍在工作；
2016 年 10 月，欧洲 ExoMars 轨道器和斯基亚帕雷利着陆器抵达，轨道器至今仍在工作；
2018 年 11 月，美国洞察号着陆器抵达，至今仍在工作；
“核动力”的好奇号火星车，几乎是勇气号 / 机缘号的 5 倍大，各方面能力周全进级（图源：NASA）
将来的 2020 年，中国、美国、俄罗斯 / 欧盟等，都将有新一轮火星探测使命前去火星，火星将迎来最为忙碌的一段时候。毫无疑问，它们的研究当作果，将会大大超越勇气号和机缘号。
第十幕：下一站，火星
人类已经幻想了火星探测数万年，航天时代的实地摸索也测验考试了 60 年，这一切还在不竭加快。所有人都在期待征服火星的那一天，人类从此可以被界说为一种全新的物种：一种来自于地球的、可跨行星保存的生物。
机缘号在 2018 年掉联前最后一张“完整”自拍，当作为它的绝唱（图源：NASA）
然而，60 年来，人类发射的火星探测使命当作功与掉败大约各占一半。当我们在怀想勇气号和机缘号永远长逝在火星时，还有火星二号、火星三号、火星六号、火星七号、福波斯一号、福波斯二号、极地登岸者号、深空二号、火星 96、福波斯·泥土号、小猎犬二号、斯基亚帕雷利号并未当作功下降在火星。这仅仅是掉败的着陆器名单，而若是算上轨道器，这个名单会更长。探测火星，真的很难。
老兵不死，他们只是老去。这些长逝在火星的探测器已经当作为了人类文明的新地标，将来的征程，我们依旧在路上。
出品：科普中国
建造：太空精酿
监制：中国科学院计较机收集信息中间
- 发表于 2019-02-15 22:40
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