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NASA宣布與“機(jī)遇號”分手:我們再找你“火星救援”時(shí)

2019年02月18日 16:02 | 來源:南方日報(bào)
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NASA在情人節(jié)當(dāng)天宣布與“機(jī)遇號”分手

我們再找你“火星救援”時(shí)

“機(jī)遇號”拍攝的一塊巖石上有網(wǎng)狀裂縫,從外觀上看類似地球上的水干涸后的裂泥。

2019年2月14日,在長達(dá)8個(gè)月的失聯(lián)后,火星探測車“機(jī)遇號”正式被美國國家航空航天局(NASA)宣布結(jié)束任務(wù)。這臺原定任務(wù)周期90天,實(shí)際工作長達(dá)15年的火星車終于結(jié)束了它的使命。

消息發(fā)布后,大量天文愛好者在網(wǎng)上表達(dá)對“機(jī)遇號”的緬懷。自2004年登陸火星以來,“機(jī)遇號”和它的孿生兄弟“勇氣號”火星車取得了眾多重大發(fā)現(xiàn),其中最為人熟知的便是在火星上發(fā)現(xiàn)了液態(tài)水存在的痕跡。

●南方日報(bào)駐京記者 泠汐 策劃統(tǒng)籌 鄭幼智 李江萍 本版照片均為資料圖片

前赴后繼的漫游者

巡視器,又名漫游車(Rover),指發(fā)射到火星、月球等天體上,具備自主運(yùn)行和移動(dòng)功能的太空探測器。在月球和火星上運(yùn)行的巡視器,常常被稱作“月球車”和“火星車”。區(qū)別于環(huán)繞天體運(yùn)行的軌道器和在天體地面固定運(yùn)行的著陸器,這種探測器最大的優(yōu)勢在于可移動(dòng),因此能在多個(gè)地點(diǎn)完成探測任務(wù)。

2004年1月,兩輛一模一樣的巡視器——“勇氣號”和“機(jī)遇號”火星車分別成功著陸火星,開始了探險(xiǎn)之旅?;鹦擒囉绍嚿戆惭b的太陽能板供電,原定觀測周期為92天,實(shí)際上兩輛火星車都大大超額完成任務(wù)。其中,“機(jī)遇號”正常工作了15年,累計(jì)行駛45.16公里,成為有史以來工作時(shí)間最長、行駛距離最遠(yuǎn)的巡視器。

1970年11月17日,蘇聯(lián)發(fā)射了世界上第一輛無人駕駛、自主運(yùn)行的月球車“月球1號”?!霸虑?號”利用自身攜帶的遙測系統(tǒng)、攝像系統(tǒng),考察了月球雨海地區(qū)約8萬平方米的月面,將眾多寶貴的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)傳回地球。

不愿止步于月球探測的科學(xué)工作者們,將目光投向其它更遠(yuǎn)的天體。上世紀(jì)70年代起,各國天文機(jī)構(gòu)陸續(xù)向月球、金星、火星等天體發(fā)射了數(shù)十臺著陸器和巡視器。在火星,由于技術(shù)不成熟等原因,早期的探測器大多失敗墜毀了。1997年7月4日,美國國家航空航天局發(fā)射的火星探路者號成功著陸,它所攜帶的“旅居者號”是人類成功送往火星的第一部火星車。

我國巡視器研制和生產(chǎn)時(shí)間較晚,2013年12月15日成功駛抵月球表面、預(yù)期服役3個(gè)月的“玉兔1號”,實(shí)際服役時(shí)間長達(dá)972天。2019年1月3日駛抵月球表面的“玉兔2號”如今剛剛進(jìn)入月夜休眠模式,此前已在月球正常行駛約120米。

坎坷的科研之旅

由于巡視器自身攜帶精密儀器,在遠(yuǎn)離人類家園的天體上長期自主運(yùn)行,巡視器從發(fā)射入太空到執(zhí)行任務(wù)都面臨重重考驗(yàn)。為了保證巡視器不受損壞,將重達(dá)180千克、存在多處脆弱結(jié)構(gòu)的天文儀器安全著陸火星表面,就成了最重要也是最困難的任務(wù)之一。近年來,隨著科學(xué)工作者的經(jīng)驗(yàn)積累和技術(shù)不斷進(jìn)步,巡視器的著陸演化出多種方式,大大提高了巡視器著陸的成功率。

荷蘭代爾夫特理工大學(xué)航天學(xué)博士毛新愿介紹,目前探測器著陸天體表面的方案總體上分為三類。三類方案的相同之處是,在探測器進(jìn)入大氣層后到距離天體表面一定距離前,都首先使用隔熱罩和降落傘組合減速,并開啟測距雷達(dá)等待精確著陸的時(shí)機(jī)。

離地面距離適當(dāng)后,第一類方案直接使用著陸器攜帶的反沖火箭反推減速,這要求探測器自身攜帶較大的燃料罐和火箭系統(tǒng)。該方案最安全,可讓質(zhì)量很大的探測器成功著陸,但由于重量很大的火箭系統(tǒng)在登陸后就失去價(jià)值,且該系統(tǒng)裝在探測器底部無法脫離,這種方案不適合強(qiáng)調(diào)移動(dòng)性能的巡視器。

第二類方案是將探測器分成兩部分,一部分?jǐn)y帶反沖火箭和燃料罐,另一部分是包裹在巨大氣囊中的巡視器?;鸺赐茰p速后,連接兩部分的繩索使巡視器和反推火箭系統(tǒng)分離,氣囊部分迅速充氣,繩索斷裂后氣囊落下,在地面多次彈跳后穩(wěn)定下來再駛出巡視器。該方案的缺陷在于,由于氣囊的緩沖能力有限,巡視器的科研設(shè)備和重量都受到了限制。

第三類方案將巡視器用繩索懸掛于一臺裝有強(qiáng)力火箭的“空中吊車”上,待巡視器接觸地表后,繩索瞬間切斷,“空中吊車”迅速駛離并在附近墜毀。該方案是所有方案中技術(shù)難度最高的,但依然存在質(zhì)量上限,搭載900千克的“好奇號”已是該種方案目前的極限。

此次正式“退役”的“機(jī)遇號”使用的是第二類方案,而我國的“玉兔1號”和“玉兔2號”使用的都是第一類方案,具體操作方式是首先用反沖火箭將“嫦娥三號”“嫦娥四號”著陸器安全著陸,之后著陸器掛載的巡視器再駛向月球表面。

技術(shù)帶來的無限可能

“機(jī)遇號”著陸火星,和“月兔1號”“月兔2號”登陸月球,這其中需要哪些技術(shù)支持?毛新愿介紹,火星和月球的環(huán)境特征各有不同,需要攻克的技術(shù)難點(diǎn)也不相同。

巡視器在火星登陸,需要攻克的主要技術(shù)難點(diǎn)之一是距離。在火星登陸探測器,需要尋找一個(gè)登陸“窗口期”,這是由于火星離地球過于遙遠(yuǎn),一次從地球到火星的星際旅行需要長達(dá)200天以上。為了最大化地節(jié)省資源,需要等到火星在軌道上運(yùn)行至接近地球的時(shí)機(jī)再發(fā)射火箭,而這個(gè)機(jī)會(huì)每26個(gè)月才有一次。

此外,由于火星離地球過遠(yuǎn),地球和火星之間的通信面臨數(shù)分鐘到20余分鐘的延遲,這導(dǎo)致要著陸在火星的探測器必須自主完成整個(gè)著陸流程,無法獲得人工實(shí)時(shí)操縱。在7分鐘左右的時(shí)間里,一臺探測器需要自主完成上千個(gè)操作,其難度可想而知。

對比火星登陸,由于地月距離很近,在月球的探測器可隨時(shí)從地球發(fā)射,環(huán)繞在月球軌道擇機(jī)登陸。但月球登陸的難點(diǎn)主要在于“潮汐鎖定”?!俺毕i定”指作為衛(wèi)星的月球引力受地球影響,導(dǎo)致其自轉(zhuǎn)一次大約需要一個(gè)月時(shí)間,且月球永遠(yuǎn)只以一面面向地球。

2月13日,月球背面的“玉兔2號”再次進(jìn)入月夜休眠期。由于巡視器大多以太陽能板供電,長達(dá)14天的月夜時(shí)間里,巡視器只能選擇休眠,如何保證休眠后能夠再次運(yùn)行,是巡視器登陸月球后面臨的一大難點(diǎn)。此外,在月背登陸的“玉兔2號”,由于永遠(yuǎn)背向地球,無法同地球直接建立通信,必須通過地月中繼衛(wèi)星“鵲橋號”“傳話”,成為此次“玉兔2號”在月背工作的另一難點(diǎn)。

毛新愿介紹,巡視器經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展,各項(xiàng)技術(shù)都有了全方位的提升。以火星為例,上世紀(jì)70年代蘇聯(lián)在火星南部著陸的數(shù)臺探測器全部失敗了,其中不僅有技術(shù)落后的原因,火星南部地形復(fù)雜也是探測器著陸須要克服的困難。如今,“玉兔2號”能夠在同樣復(fù)雜的月背南極—艾特肯盆地實(shí)現(xiàn)登陸,正反映了技術(shù)的不斷進(jìn)步給人類帶來無限可能性。

漫漫“回家”路

“機(jī)遇號”退役吸引大量關(guān)注,擬人化有不小的功勞。巡視器因自成一體、可自主行動(dòng),近年來被人冠以姓名擬人化,吸引了除科學(xué)工作者、天文愛好者之外更多人的注意。我國研發(fā)的“玉兔1號”“玉兔2號”在執(zhí)行任務(wù)期間,都以擬人化形式在社交平臺發(fā)布信息,獲得不少人的青睞。

2月12日,科學(xué)記者雅各布·馬戈利斯將“機(jī)遇號”失聯(lián)前發(fā)布的最后一組信息,用擬人化的方式轉(zhuǎn)寫為“我快沒電了,這里也越來越暗了”,被網(wǎng)友們大量轉(zhuǎn)發(fā)?!拔覀冞€能否再見到‘機(jī)遇號’?”“誰來帶‘機(jī)遇號’回家?”網(wǎng)友們紛紛留言。

全程參與設(shè)計(jì)建造“機(jī)遇號”和“勇氣號”的科學(xué)家史蒂文·斯奎爾斯在接受采訪時(shí)曾坦言,設(shè)計(jì)“機(jī)遇號”時(shí)就把火星當(dāng)成它最終的歸宿,“火星就是它的家,是我想讓他駐留的地方?!?/p>

一些感性的網(wǎng)友則設(shè)想在未來火星移民后,能夠根據(jù)巡視器最終被記錄的定位找到它們,帶回地球在博物館珍藏。然而,目前的技術(shù)水平并不允許人類將火星上的任何物質(zhì)帶離火星大氣層,更遑論重百余千克的巡視器了。

不過,將巡視器獲取的太空物質(zhì)帶回地球并非天馬行空,還有相當(dāng)?shù)目茖W(xué)價(jià)值。2018年9月23日,日本在小行星“龍宮”上投放的2輛巡視器展開探查,巡視器的任務(wù)之一就是輔助主探測器完成采集、保存巖石樣本,并計(jì)劃于2020年返回地球。而美國亦宣布了將火星表面樣本帶回地球的計(jì)劃。

毛新愿介紹,相比于探測器上的科學(xué)儀器,地球的研究機(jī)構(gòu)能夠分析到更多資料,因此采集樣本回歸地球,將成為未來巡視器需要擔(dān)當(dāng)?shù)囊豁?xiàng)重要使命。也許隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,人類最終也能將這些太空“英雄”帶回故鄉(xiāng)。

編輯:曾珂

關(guān)鍵詞:NASA宣布與“機(jī)遇號”分手

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