美國(guó) “毅力號(hào)”太空探索指南：尋找火星潛在的生命跡象

北京時(shí)間 7 月 30 日 19 點(diǎn) 50 分，美國(guó)宇航局將發(fā)射 “毅力號(hào)”火星探測(cè)器，這無疑是人類探索火星一個(gè)激動(dòng)人心的新時(shí)刻！以下是關(guān)于毅力號(hào)探測(cè)器的詳細(xì)檔案，以及為什么它是迄今為止在火星探索生命跡象的最佳選擇。

假設(shè)一切順利，毅力號(hào)探測(cè)器將于 2021 年 2 月著陸火星表面，它將是第 5 個(gè)登陸火星表面的探測(cè)器，之前的探測(cè)器包括：旅居者號(hào)、勇氣號(hào)、機(jī)遇號(hào)和好奇號(hào)。毅力號(hào)是美國(guó)宇航局迄今最先進(jìn)的火星探測(cè)車，但客觀地講，它很大程度上是仿照 “好奇號(hào)”設(shè)計(jì)建造的，好奇號(hào)自 2011 年開始在火星表面行駛。

火星 2020 項(xiàng)目科學(xué)家、地球化學(xué)家肯尼斯 · 法利稱，毅力號(hào)相當(dāng)于 2.0 版好奇號(hào)火星車。

毅力號(hào)探測(cè)器計(jì)劃于北京時(shí)間 7 月 30 日 19 點(diǎn) 50 分從卡納維拉爾角空軍基地由 “阿特拉斯 5 號(hào)”火箭攜載發(fā)射，盡管當(dāng)前新冠病毒在全球肆虐，美國(guó)宇航局還是堅(jiān)持按照原計(jì)劃發(fā)射火星 2020 任務(wù)，考慮到當(dāng)前處于有限的發(fā)射窗口時(shí)機(jī)，非常有利于火箭發(fā)射任務(wù)，地球 - 火星發(fā)射最佳時(shí)間窗口每隔 26 個(gè)月才出現(xiàn)一次。

接下來毅力號(hào)將經(jīng)歷 7 個(gè)月的火星旅行，最終著陸在杰澤羅隕坑，這里曾是一個(gè)遠(yuǎn)古湖泊和河流三角洲地帶，斥資 27 億美元建造的毅力號(hào)探測(cè)器將用兩年時(shí)間搜尋遠(yuǎn)古微生物跡象，分析火星地質(zhì)和氣候，研究巖石和沉積物。同時(shí)，毅力號(hào)還將發(fā)射一架微型直升機(jī)，驗(yàn)證未來任務(wù)的科學(xué)技術(shù)，采集樣本返回地球，并執(zhí)行其他太空任務(wù)。

像之前的火星探測(cè)車一樣，由噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室操控的毅力號(hào)計(jì)劃在火星表面服役兩年以上時(shí)間。

毅力號(hào)與好奇號(hào)大小相近，長(zhǎng)度 3 米，寬度 2.7 米，高度 2.2 米，重量 1025 公斤，比好奇號(hào)重 126 公斤。在動(dòng)力方面，毅力號(hào)探測(cè)器裝配一個(gè) “多任務(wù)放射性同位素?zé)犭姲l(fā)電機(jī)（MMRTG）”，它能從钚 - 238 自然衰變中產(chǎn)生熱電能量。

好奇號(hào)和勘測(cè)號(hào)探測(cè)器的車輪進(jìn)行對(duì)比。

同時(shí)，毅力號(hào)裝配 6 個(gè)輪子，每個(gè)輪子上都有單獨(dú)的馬達(dá)和 48 個(gè)楔子，可以提供較好的牽引力。前后兩對(duì)輪子都有單獨(dú)的轉(zhuǎn)向馬達(dá)，使得毅力號(hào)在原地不動(dòng)的情況下能轉(zhuǎn)動(dòng) 360 度。依據(jù)美國(guó)宇航局的觀點(diǎn)，該探測(cè)器的腿部能確保它在 40 厘米高的巖石上攀爬行駛。

火星 2020 項(xiàng)目科學(xué)家、天體物理學(xué)家 Morten Bo Madsen 稱，毅力號(hào)一個(gè)看似小、卻是重要變化的設(shè)計(jì)就是輪子結(jié)構(gòu)，這將避免出現(xiàn)好奇號(hào)在穿越鋒利巖石地帶時(shí)被 “刺穿”。最新設(shè)計(jì)的輪子寬度略窄，輪軸較厚，更加堅(jiān)固。

法利說：“毅力號(hào)任務(wù)還包括一個(gè)額外的處理器，使該探測(cè)器能自動(dòng)駕駛更遠(yuǎn)、行駛更快，并能在著陸過程中自動(dòng)導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)安全著陸?！?/p>

自動(dòng)導(dǎo)航安全著陸的能力非常重要，這意味著美國(guó)宇航局掌握最新技術(shù)，能控制探測(cè)器安全著陸巖石裸露區(qū)域。毅力號(hào)將著陸在鄰近令人興奮的科學(xué)勘測(cè)目標(biāo)附近，而不是著陸后長(zhǎng)途旅行抵達(dá)勘測(cè)目標(biāo)區(qū)域。

毅力號(hào)將比 “前任”探測(cè)器更加高效！

火星 2020 項(xiàng)目科學(xué)家、奧斯陸大學(xué)研究員斯韋恩 · 埃里克 · 哈姆蘭指出，在火星表面采集樣本，并在火星車內(nèi)部進(jìn)行分析需要大量時(shí)間，毅力號(hào)裝配遙感儀和近距測(cè)量?jī)x，可以加快儀器數(shù)據(jù)收集速度，同時(shí)，它將比之前的任何探測(cè)器覆蓋更廣泛的地形。

在最高速度下，毅力號(hào)有望達(dá)到每秒 4.2 米的速度，這相當(dāng)于時(shí)速 152 米。美國(guó)宇航局指出，依據(jù)地球飛行器的標(biāo)準(zhǔn)，毅力號(hào)探測(cè)器的行駛速度很慢，但以火星車的標(biāo)準(zhǔn)來衡量，它算是杰出的佼佼者。

毅力號(hào)的懸架系統(tǒng)叫做 “搖桿轉(zhuǎn)向系統(tǒng)”，將確保它能穿越不平坦的地形。令人難以置信的是，該探測(cè)器可以傾斜 45 度，而不會(huì)摔倒，但美國(guó)宇航局不打算讓它傾斜超過 30 度。

火星 2020 任務(wù)共裝配了 23 個(gè)不同的相機(jī)，其中包括：9 個(gè)工程相機(jī)、7 個(gè)科學(xué)相機(jī)、以及 7 個(gè)用于任務(wù)進(jìn)入、降落和著陸階段使用的相機(jī)，此外，還有一對(duì)麥克風(fēng)，該任務(wù)還有令人印象深刻的 “眼睛”和 “耳朵”裝置。

Z 型桅桿相機(jī)將拍攝火星全景、立體和放大圖像，它將協(xié)助探測(cè)器進(jìn)行地形導(dǎo)航，還可用于勘測(cè)火星表面礦物質(zhì)成分。據(jù)美國(guó)宇航局介紹稱，毅力號(hào)探測(cè)器的超級(jí)相機(jī)不僅能正常拍照，還可用于識(shí)別巖石和土壤的化學(xué)成分，包括它們的原子和分子組成。

該探測(cè)器還機(jī)載 X 射線熒光光譜儀（PIXL），將在精細(xì)尺度上分析化學(xué)元素，機(jī)載的紫外線激光光譜儀（SHERLOC）將提供火星表面的顯微圖像。

使用火星環(huán)境動(dòng)力學(xué)分析器（MEDA），毅力號(hào)將測(cè)量風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、濕度和塵埃顆粒大小。該探測(cè)器還機(jī)載 X 射線熒光光譜儀（PIXL），將在精細(xì)尺度上分析化學(xué)元素，機(jī)載的紫外線激光光譜儀（SHERLOC）將提供火星表面的顯微圖像。RIMFAX 是一款能穿透火星表面的雷達(dá)裝置，可使科學(xué)家分析火星探測(cè)器下方區(qū)域，研究它的地質(zhì)構(gòu)成。

哈姆蘭說：“這是首次火星探測(cè)器能夠勘測(cè)火星地下環(huán)境，火星表面被一層灰塵覆蓋，現(xiàn)在我們可以看到表面之下究竟有什么？”

毅力號(hào)還將部署一架名為 Ingenuity 的直升機(jī)，它將是人類在地外星球上首架操控飛機(jī)，該直升機(jī)是一種概念驗(yàn)證項(xiàng)目，預(yù)計(jì)僅會(huì)進(jìn)行少量的短期飛行測(cè)試。然而，如果一切順利，Ingenuity 直升機(jī)可能為未來火星航空項(xiàng)目鋪平道路。

作為 “火星氧氣 ISRU 實(shí)驗(yàn)（MOXIE）”的一部分，毅力號(hào)還將利用火星大氣層！

二氧化碳制造氧氣，該實(shí)驗(yàn)的成功對(duì)未來火星探險(xiǎn)者是一個(gè)好兆頭，有望為宇航員提供氧氣資源。近期，美國(guó)宇航局新聞發(fā)布會(huì)宣稱，MOXIE 是一種氧氣發(fā)生器，旨在將火星大氣中 96% 的二氧化碳轉(zhuǎn)化為供人類呼吸的氧氣，未來該項(xiàng)技術(shù)將不斷升級(jí)，制造出更大、更高效的氧氣發(fā)生器，使宇航員能自己制造氧氣進(jìn)行呼吸，并將氧氣作為火箭燃料，從火星返回地球。

毅力號(hào)將在杰澤羅隕坑內(nèi)采集巖石和土壤樣本，將它們放在幾個(gè)小容器中，并將它們投放在火星表面，便于未來火星任務(wù)攜帶至地球。

火星 2020 任務(wù)最有趣、最有科學(xué)前景的一個(gè)方面是樣本緩存系統(tǒng)（SCS），作為該任務(wù)的一部分，毅力號(hào)將在杰澤羅隕坑內(nèi)采集巖石和土壤樣本，將它們放在幾個(gè)小容器中，并將它們投放在火星表面，便于未來火星任務(wù)攜帶至地球。

法利說：“返回地球的火星樣本將具有多樣性研究主題，它將揭示遠(yuǎn)古火星存在生命的可能性，早期火星令人費(fèi)解的是溫暖濕潤(rùn)氣候，以及這顆類地行星的地質(zhì)化學(xué)進(jìn)化歷程，對(duì)我而言，火星是一顆神秘的星球，35 億年以來它的變化很小，地面實(shí)驗(yàn)室通過分析火星樣本或?qū)⒔忾_其中的謎團(tuán)?！?/p>

Morten Bo Madsen 解釋稱，地球最早期生命痕跡似乎已被地質(zhì)過程和生命擴(kuò)散等因素逐漸抹去，但是火星卻完全不同，我對(duì)潛在生命痕跡的火星樣本非常感興趣，這些生命或許比地球已知任何生命更古老、更原始，可能解答在環(huán)境允許的情況下生命形式將如何進(jìn)化繁衍。

樣本緩存系統(tǒng)是毅力號(hào)探測(cè)器的一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)，這就是為什么探測(cè)器攜載的儀器是面向勘測(cè)偵察。

不像好奇號(hào)擁有一個(gè)內(nèi)置 “科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”，毅力號(hào)裝配一個(gè) “復(fù)雜樣本采集和處理系統(tǒng)”，選擇鉆芯樣本可以放在合適的容器中，并對(duì)隨后密封容器進(jìn)行拍照，放置在火星表面，之后通過探測(cè)器進(jìn)行收集。

毅力號(hào)探測(cè)器著陸的杰澤羅隕坑是一個(gè)完美的勘測(cè)地點(diǎn)，它位于火星赤道北部，直徑大約 48 公里的洼地可能曾存在一處湖泊，由一處急湍的河流三角洲不斷沖刷。如果幾十億年前火星表面存在原始生命，它們很可能生活在這里。因此毅力號(hào)將致力于尋找 30-40 億年前有機(jī)殘留物化石和其他潛在的生物特征。

無論如此，如果 7 月 30 日發(fā)射一切順利，我們只有等到 2021 年 2 月才能體驗(yàn)進(jìn)入大氣層的 “恐怖 7 分鐘”，毅力號(hào)成功著陸后，也僅代表著該任務(wù)才剛開始，未來火星探索旅行還很遙遠(yuǎn)。