美国“毅力号”成功着陆火星,它要入陨石坑的四个具体任务目标

美国“毅力号”成功着陆火星,它要入陨石坑的四个具体任务目标
2021年02月19日 10:09 新浪科技综合

  来源:中国航天报  

  北京时间2月19日凌晨4时55分,美国“火星2020”任务中的毅力号火星车经过6个多月的飞行,成功着陆在火星表面的杰泽罗陨石坑,正式开启探测之旅。虽然美国毅力号火星车是今年火星三国演义(阿联酋、中国、美国)中最后抵达火星的探测器,但却是最先降落在火星表面的航天器,这也是美国送往火星的第五辆火星车,也是迄今为止最复杂的火星车。那么,毅力号火星车此次的主要任务是什么?它又有哪些特点呢?

  降落法与“好奇号”相似

  作为美国宇航局耗资27亿美元的“火星2020”任务的绝对主角——毅力号火星车的着陆方式和好奇号火星车在2012年8月着陆火星的方式一样,包括降落伞、下降飞行器和一种被称为“天空起重机”的方法。

 “毅力号”着陆后传回的第二张火星照片 “毅力号”着陆后传回的第二张火星照片

  在着陆前的最后几秒钟,用一个火箭反推悬浮的天车,把火星车吊挂着放在地面上。这种着陆系统的发明,让人们可以在火星表面着陆一个非常大、非常重的探测器。

  当然,“毅力号”也不是完全沿用“好奇号”的着陆技术,而是采用了一些新技术,可以达到更高的导航精度和更丰富的数据回传。

  为此,“毅力号”的科研团队采用了新方法,让它降落到尽量接近目标区域的位置。这项技术称为“距离触发”,可以把椭圆形预定着陆区的尺寸减小50%以上。    

  “距离触发”技术的关键,是选择合适的时机来释放下降飞行器的降落伞。早期的任务中,探测器会在火星大气中摩擦减速,达到预期速度后尽早开伞。“毅力号”则不然,它会根据探测器相对于预定着陆位置的距离开伞。如果探测器有可能错过目标区,就要提前开伞;如果可能无法抵达目标区,就要错后开伞。

  地形相对导航技术和我国嫦娥四号探测器所采用的降落导航技术有相似的地方。“毅力号”特别适合地形复杂、有陡坡和大块岩石、比较危险的地方。

  “毅力号”降落的杰泽罗陨石坑是一处明显的三角洲冲积扇。数十亿年前,火星仍然温暖潮湿,这里曾是一片泽国。如果真的出现过火星生命,这里就是最有希望找到生命遗迹的地点之一。

  它的工作原理很容易解释:首先是绕着火星飞行的探测器拍摄和绘制了着陆地点的地图,把可能的风险都标注出来。这张地图会存储在“毅力号”的电脑里。开伞后,“毅力号”会打开相机拍摄火星地面情况,把实际看到的地表与存储的地图进行对比。如果“毅力号”发现自己正向着危险地表接近(判断范围大约是300米边长的区域),可以改变方向,选择一个更加安全的区域降落。

  性能强大的“毅力号”

  “毅力号”计划实施为期一个火星年(687个地球日)的探测。具体任务包括4个目标。

 “毅力号”在火星表面进行探测任务 “毅力号”在火星表面进行探测任务

  目标一:寻找可居住性,发现在火星远古时期可能支持微生物生存的环境中形成的岩石,或被微生物改变的岩石,确定火星过去确实存在着能够支持微生物生存的环境。

  目标二:寻找生物特征,在那些适宜居住的环境中寻找可能存在的远古微生物迹象,特别是在那些能长期保存生命迹象的特殊岩石中。

  目标三:暂存样本,从大约30个有希望找到生物痕迹的岩石和表土目标上钻取样本,并将其存储在火星表面的具体位置。

  目标四:为载人登陆做准备,测试从火星二氧化碳大气中产生氧气的能力。火星大气非常稀薄,而且二氧化碳含量高达96%。人类肯定不能直接呼吸火星大气,但二氧化碳的存在,让人们看到了制取氧气的希望。假如能够用火星大气制氧,未来的火星基地就可以自己解决呼吸问题,还可以支持更大规模的火星科考与资源开发。

  能在石头上打眼的冲击钻

  在火星表面作业中,“毅力号”的主要工作是在石头上打洞。具体分为以下几个步骤:

  第一步:找到有价值的岩石。科研人员特别希望能找到在水中形成或被水改变的岩石。水是生命的关键,如果这些岩石含有有机分子,那就更有趣了。

  第二步:采集岩样。一旦科研人员确定了一个感兴趣的岩石目标,“毅力号”就会动用钻机,钻出一个核心样本。钻机的原理和我们在地球上给空调打孔的水钻一样,但考虑到“毅力号”的承载能力和发电功率都很有限,而且也不可能加水冷却及润滑,它的钻取深度只有2英寸(大约5厘米)。

  第三步:密封岩石样本。岩芯样品钻取下来后,就要放进预先清洗过的样品管里,盖上盖子。按照地球上岩石的密度计算,每个样品重约半盎司(15克)。

  第四步:携带样品。存好样品后,“毅力号”会把管子插进自身携带的一个储存架上,然后带着它继续行进,直到任务小组在火星表面选好一个临时存储位置为止。因为这些样品来之不易,所以任务小组把这些临时位置称为“战略位置”。

  最后一步:保存样本。将火星样本放在火星表面的一个位置,等待2022年美国宇航局发射另一个探测器到火星。这个探测器具备从火星表面起飞的能力,它会找到“毅力号”存放样品的地方,把它取走带回地球。

  与众不同的机械臂

  钻探工作的主角是“毅力号”的机械臂。这条2.1米长的机械手臂可以像人的手臂一样运动。它有肩膀、肘部和手腕关节,保证了最大限度的灵活性。这只手臂可以让火星车像人类地质学家一样工作,用“手”或转塔握住和使用科学工具。火星车的“手动工具”可以从岩石中提取岩芯,拍摄显微图像,分析火星岩石和土壤的元素组成和矿物组成。

 “毅力号”使用机械臂在岩石上打洞 “毅力号”使用机械臂在岩石上打洞

  这条机械臂有5个自由度,是通过名为“旋转执行器”的微型马达实现的,这5个自由度是肩关节、臂关节、肘关节、腕关节和转塔关节。

  手臂末端转塔就像一只手,可以握持相机、矿物和化学分析仪,用来研究火星过去的可居住性,并选择最具科学价值的样本进行储存。

  能在火星上起飞的“机智号”

  除“毅力号”本身外,它还携带了1架名为“机智号”的小型直升机,能够对火星车着陆区域附近进行空中侦察。一旦成功,“机智号”将成为人类首架在其他行星上飞行的可控飞行器。

 “毅力号”携带的“才智号” “毅力号”携带的“才智号”

  “机智号”的命名来自美国亚拉巴马州高中生瓦尼莎·鲁帕尼,最终被美国宇航局选中。

  据悉,只有1.8公斤重的“机智号”,并未配备科学仪器。它由两个反向旋转的螺旋桨提供升力,旋转角速度为2400转/分钟,水平移动速度10米/秒,爬升速度3米/秒。“机智号”将在一个月的试验行动中开展一系列短时飞行任务。

“才智号”从火星上起飞模拟图“机智号”从火星上起飞模拟图

  美国宇航局表示,若获成功,“机智号”有望为未来利用旋翼飞机对火星开展广泛的空中探测铺平道路。

美国火星探测器
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