勇气伴随机遇 人类再探火星

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   美国东部标准时间1月3日晚11时35分左右,在经历了半年多的孤独旅行之后,地球人的使者--美国航宇局的勇气号火星探测器成功降落在火星赤道以南15度的古谢夫环形山。这是一趟4.8亿千米悲壮的单程航行--勇气号只有出发,却再也无法归来。十几分钟后,它就向地球发回了第一条信息。几小时后,它传回了10多张着陆区附近的高清晰度照片。这标志着美国火星漫游车计划探测使命有了一个良好开端。
   勇气号登陆成功是继阿波罗号飞船成功登陆月球以来,人类历史上又一项划时代的科学探索成就。这也给了去年被哥伦比亚号失事压得难以抬头的美国航宇局一次振作的机会。美国航宇局在登陆成功后立即召开了新闻发布会。局长肖恩·奥基夫说:我为我们的团队感到骄傲。我们到达了火星,这绝对是一个惊人的壮举。
   好事成双。1月24日,勇气号的孪生兄弟机遇号在火星的梅里迪亚尼平原成功着陆。这一对探测器一共耗资8.2亿美元,是自从去年2月哥伦比亚号失事以来,美国航宇局开展的最大的一项太空计划。勇气号和机遇号的主要探测目标有四个:第一,寻找火星上是否存在着生命所必需的水;第二,了解火星的气候;第三,认识火星的地质情况;第四,为载人火星探测做准备。
  
   细探勇气和机遇
  
   在火箭把勇气号和机遇号探测器送出地球大气层并脱离地球引力之后,探测器本体将用于“护送”所载的货物(即漫游车部分)从地球飞往火星。本体部分包括机械装置,可安全地使着陆器通过机动飞行降落到火星表面上。着陆后,它将设置一个坡道,使漫游车行驶下来。整个探测器由巡航级,进入、下降与着陆系统和漫游车构成。每辆漫游车的总发射质量为1063千克。
  


   巡航级用于使探测器从地球飞向火星。它上面的加热器和多层隔热件可使探测器内的电子设备处在“温暖”的环境下。探测器能够通过分析太阳和其它恒星的相对位置来确定自己在太空中所处的位置。它还利用无线电信号与地面通信。在巡航初期离地球较近时将使用低增益天线进行通信。随着飞行距离的增加,探测器需改用方向性较强的中等增益天线。
   进入、下降与着陆系统由气动壳体、降落伞、气囊和着陆器结构构成。气动壳体在7个月的航行中为探测器提供一个保护壳,主要用于保护内部装有漫游车的着陆器不受进入火星大气时产生的高热的侵袭。它与着陆器和漫游车一道形成所谓的“进入飞行器”。它主要由防热罩和后壳两大部分组成。防热罩除保护着陆器和漫游车不受进入时的高热影响外,还作为探测器的第一道气动制动机构。后壳中装有降落伞(叠放在后壳顶部)和进入、下降与着陆后期要用到的几个组件。
   气动壳体采用铝蜂窝结构,两侧夹石墨环氧面板。壳体外侧覆有一层酚醛蜂窝材料。酚醛蜂窝材料内填充了烧蚀材料,可耗散因大气摩擦产生的热量。后壳和防热罩由同样的材料制成,但防热罩的烧蚀层较厚。另外,后壳不涂漆,而是覆一层很薄的聚酯毡,以抵御深空的低温环境。
   降落伞用于使探测器减速,以在火星表面上着陆。它位于后壳内,由经久耐用的两种轻质纤维聚酯和尼龙制成。降落伞在距火星表面约10千米的高度上展开后,防热罩利用6个分离螺栓和弹簧分离出去。着陆器随后同后壳分离。由于火星大气密度很低(只有地球大气的1%),只靠降落伞不足以使探测器的速度降低到安全降落所需的速度,所以探测器上还配备了火箭辅助下降发动机,使探测器能在离表面10~15米处停止下降。一台雷达高度计装置将测定高度数据。距离确定后,系绳将被切断,使着陆器离开降落伞和后壳,并自由地落下。雷达数据还将用于启动气囊充气和后壳火箭点火定时程序。
   着陆器是一个保护性的“壳体”,内装漫游车,可与气囊一起使漫游车不被摔坏。漫游车本身重170千克。由于每个旁瓣都有一台电机,所以最终不管是哪个面着地,着陆器都能将漫游车立起来。
  


   每辆漫游车将在火星表面上工作90个火星日。作为机器人“地质工作者”,它们可谓五脏俱全,由车体、“大脑”(计算机)、温控、“头颈”、“眼睛”和其它“感官”、“手臂”(机械臂)、“腿”(6个车轮)、能源和通信设备等组成。车体用于保护漫游车的“重要器官”,如计算机、电子设备和电池等。车载计算机用于处理信息,所用设备相当于一台功能强劲的高端笔记本电脑。温控系统由内部加热器和隔热层等组成。“头颈”是指相机的支杆,可让漫游车像人一样“东张西望”。“眼睛”和其它“感官”是指能使漫游车得到其所处环境信息的相机和仪器。“手臂”可夹持和移动仪器,扩展漫游车的研究范围。车轮则是用于行走的部件。能源部分包括电池和太阳能电池板。通信设备则是用于“听”和“说”的天线。
   漫游车在硬质平地上的最高行驶速度为每秒5厘米。但为保证安全行驶,车上设置了危险回避软件,每几秒种就会让漫游车停下一次,重新评估自己的处境。这样一来,漫游车的平均速度将只有每秒1米。按照所编的程序,漫游车将走10秒左右停下一次,用20秒的时间观察和了解地形,然后再继续行驶。
  每台漫游车上都携带了一些先进的科学仪器,将用于采集火星环境信息。
   全景相机(Pancam)是一对高分辨率彩色立体CCD(电荷耦合器件)相机,也是迄今送往外得的最先进的彩色成像系统,两部全景像机就像两只大眼睛,装在漫游者长长的“脖子”上,用于拍摄火星的表面和天空。它可借助支杆组件作360度的旋转,从而拍下火星地貌的全景。也可作俯或仰180度。科学家们将利用全景相机对火星的地平线进行扫描,以寻找可能揭示火星“水史”的地形。
   显微成像仪(MI)由一台显微镜和一台CCD相机组合而成,位于漫游者那只与成人手臂长短相当的机械臂末端,该仪器将采集有关火星岩石和土壤小尺度特征的数据,用于分析沉积岩颗粒的尺寸和形状,而这对确定火星上是否有过水具有重要意义。
   小型放热光谱仪(Mini-TES)是一台红外光谱仪,能通过探测岩石和土壤的放热形式来确定其矿物学特征。
  


   形成火星岩石的矿物中有许多含铁,火星土壤也富含铁。穆斯堡尔光谱仪(MB)就是专门设计用来研究含铁矿物的一种仪器。
   阿尔法粒子X射线光谱仪(APXS)用于研究岩石和土壤放射的阿尔法粒子和X射线,以便确定它们的元素组成,主要在夜间活动
   岩石磨具(RAT)是一种强力研磨工具,能在火星岩石上“啃”出深5毫米、直径45毫米的孔洞(它的英文缩写“Rat”有“老鼠”之意)。岩石新表面被暴露出来后,科学家们可利用漫游车上的其它仪器对其进行详细研究。岩石内外的情况可能会大不相同,而这种区别有可能反映出岩石是如何形成的以及它在发生变化过程中所经历的环境条件。
   火星上遍布着尘埃,而且某些尘埃具有很强的磁性。尘粒中有磁性的矿物可能是该行星以往有水时的冻干遗迹。对这些颗粒及其在强度各异的磁铁上积聚的方式进行定期研究会揭示其矿物学特征以及火星的地质史。为此,每台漫游车上配有3套磁铁,将从悬浮于空中的尘埃中采集样品,以便用仪器进行分析。
  
   勇气号和机遇号闹病
  
   美国航宇局局长奥基夫1月6日宣布,为了纪念2003年2月殉难的哥伦比亚号航天飞机上的7名航天员,该局打算将勇气号火星车的着陆地点--火星古谢夫环形山一块辽阔的平地区域命名为“哥伦比亚号纪念站”,并打算通过正规程序向国际天文学联合会提交命名申请。
   1月15日勇气号在登陆舱上逗留12天后,终于摆脱了气囊的羁绊,驱动六轮“走出”登陆舱,首次踏上了火星的地表。说起来勇气号从登陆舱平台驶上火星表面的距离只有短短3米,但这是整个探测使命中最危险的路段之一。由于一个缓冲气囊挡了它的原定出路,控制人员用了几天时间指挥火星车分三步完成115度大转身,最终从另外一个斜坡式的踏板开下了登陆舱。
   成功登陆火星之后,勇气号表现非常出色,不仅发回了大量黑白、彩色照片以及科学数据,而且对它周围的环境进行了多项有意义的探测。
  科学家们从它发回的大量照片中,已经有了很多收获。他们发现火星的表面有一种"泥浆状的神秘物质",科学家们现在还无法解释这到底是什么,但猜测可能是从火星地底深处蒸发出来的潮湿物质留下的。
  勇气号还探测到少量的碳酸盐,在地球上,这种碳酸盐是存在于水中的。因此,碳酸盐的存在可能是火星地下存在水的证据之一。
  勇气号还用红外线辐射仪测量了登陆地点的气温。它把周围的温度辐射用167种颜色表示出来。之后它向地面发回了大量图片,测定了火星表面的温度。
   然而,在登陆火星19天后,它却突然闹起了情绪。地面指挥人员一度与它失去联系;最后发现,勇气号的数据内存在飞往火星的途中存储了太多数据,超出了负荷,才累病了。另外,它的通信系统也出现了问题。就在地面人员寻找病因的同时,勇气号自己也在自我诊治。它的计算机检测系统已察觉到存储器有问题。当它无法解决这个故障时,就会自动关机并重新启动。在3天内,勇气号竟然不屈不挠地重新启动了60多次。
  


   1月24日登上火星的机遇号比勇气号要幸运。1月31日凌晨,它发回的信号显示,经过3米多的滑行,它已成功地驶出着陆舱,踏上火星表面。在机遇号踏上火星表面前,它已经在地面人员的遥控下伸展开"前腿"和"后腿",也就是前后轮,为登上火星表面作好准备。
  机遇号的主要使命是寻找火星上存在水的线索。它着陆的梅里迪亚尼平原区域附近,被认为有大量赤铁矿存在,而这种矿物通常在有液态水的环境下才能生成。在机遇号驶出着陆舱之前,它已经利用微型热辐射分光计发现有赤铁矿存在的初步证据。它传回的火星表面岩床的照片,也让科学家们浮想联翩,兴奋不已。这是人类首次如此“近距离”地端详这些岩床。科学家们希望通过对其做进一步研究,来寻找火星上曾经或目前有水存在的线索。在离开着陆舱前,机遇号曾突然发起高烧——它上面的空调系统出了问题,造成一个加热组件不停地玩儿命工作。这不仅消耗了大量宝贵的能量,还导致机遇号上的其他部件过热。这个小故障会给机遇号的超期服役制造麻烦。
  全世界都在密切关注着勇气号和机遇号的一举一动,它们却双双病倒。好在经过不懈努力,机遇号已经用行动证明现在身体不错。勇气号的病情有所好转,从“病危”转入“病重”,并不断恢复,现已康复并开始工作。
  位于火星不同半球的勇气号和机遇号火星车2月2日伸出各自的机械臂,触摸火星表面。正如美国航宇局的项目经理珍妮弗?切斯普所说,在人类历史上第一次有“两个火星车在火星上正常工作。”航宇局表示,这对火星车将按照科学家的意图,时常变换探测目标,最终将分别在火星表面行进数千米。科学家乐观地估计:它们中的一个,甚至两个都可能会超期服役。
   太空探索是一项复杂的工程,不可能如人们期望的那样总是一帆风顺。不管勇气号和机遇号今后的命运如何,它们都在新年伊始,为人们带来过喜悦和自豪。它们将在人类探索宇宙的历史上留下永久的印迹。
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