來源：中國航天報
作者：李晨風(fēng)
北京時間7月30日19時50分，美國使用宇宙神-5運(yùn)載火箭從卡納維拉爾角航天發(fā)射場，成功將“火星2020”任務(wù)發(fā)射升空，預(yù)計明年2月18日降落在火星表面。該探測器攜帶了一臺名為“毅力號”的火星車和1架直升機(jī)，主要任務(wù)是尋找可能存在的火星生命。
宇宙神-5火箭點(diǎn)火起飛視頻
“毅力號”降落法有繼承也有創(chuàng)新
目前，美國已經(jīng)實施了多次探測火星任務(wù)，因此從地球起飛、奔向火星到火星捕獲的整個過程基本上不會有懸念?！盎鹦?020”任務(wù)能否成功首先取決于能不能順利著陸。
美國宇航局將它歸納為進(jìn)入、下降和著陸過程（EDL）。“火星2020”的著陸方案和好奇號火星車一樣，包括降落傘、下降飛行器和一種被稱為“天空起重機(jī)”的方法。
進(jìn)行封裝的毅力號火星車
封裝完成的毅力號火星車
毅力號火星車封裝到火箭整流罩中
在著陸前的最后幾秒鐘，用一個火箭反推懸浮的天車，把火星車吊掛著放到地面上。這種著陸系統(tǒng)的發(fā)明，讓人們可以在火星表面著陸一個非常大、非常重的探測器。當(dāng)然，“火星2020”也不是完全沿用“好奇號”的著陸技術(shù)，而是采用了一些新技術(shù)，可以達(dá)到更高的導(dǎo)航精度和更豐富的數(shù)據(jù)回傳。
為此，“火星2020”任務(wù)小組打算采用新的方法，讓“毅力號”降落到盡量接近目標(biāo)區(qū)域的位置。這項技術(shù)稱為“距離觸發(fā)”，可以把橢圓形預(yù)定著陸區(qū)的尺寸減小50%以上。采用這項技術(shù)后，如果研究人員選定了一些價值很高、平地面積卻很小的目標(biāo)區(qū)，也能成功降落下去。
“距離觸發(fā)”技術(shù)的關(guān)鍵，是選擇合適的時機(jī)來釋放下降飛行器的降落傘。早期的任務(wù)中，探測器會在火星大氣中摩擦減速，達(dá)到預(yù)期速度后盡早開傘?！盎鹦?020”則不然，它要根據(jù)探測器相對于預(yù)定著陸位置的距離開傘。如果飛船有可能錯過目標(biāo)區(qū)，就要提前開傘；如果可能無法抵達(dá)目標(biāo)區(qū)，就要錯后開傘。
降落過程中，毅力號火星車的車輪逐漸展開
地形相對導(dǎo)航技術(shù)和嫦娥四號探測器所采用的降落導(dǎo)航技術(shù)有相似的地方?！耙懔μ枴碧貏e適合于地形復(fù)雜、有陡坡和 大塊巖石、比較危險的地方。
它的工作原理很容易解釋：首先是繞著火星飛行的探測器拍攝和繪制了著陸地點(diǎn)的地圖，把可能的風(fēng)險都標(biāo)注出來。這張地圖會存儲在“毅力號”的電腦里。開傘以后，“毅力號”會打開相機(jī)拍攝火星地面情況，把實際看到的地表與存儲的地圖相對比。
如果“毅力號”發(fā)現(xiàn)自己正向著危險地表接近（判斷范圍大約是300米邊長的區(qū)域），可以改變方向，選擇一個更加安全的區(qū)域降落。
性能強(qiáng)大的毅力號火星車
“毅力號”預(yù)計2021年2月18日在火星表面著陸，然后實施為期一個火星年（687個地球日）的探測。具體內(nèi)容包括4個目標(biāo)。
毅力號火星車在火星表面工作示意圖
目標(biāo)一：尋找可居住性，發(fā)現(xiàn)在火星遠(yuǎn)古時期可能支持微生物生存的環(huán)境中形成的巖石，或被微生物改變的巖石，確定火星過去確實存在著能夠支持微生物生存的環(huán)境。
目標(biāo)二：尋找生物特征，在那些適宜居住的環(huán)境中尋找可能存在的遠(yuǎn)古微生物跡象，特別是在那些能長期保存生命跡象的特殊巖石中。
目標(biāo)三：暫存樣本，從大約30個有希望找到生物痕跡的巖石和表土目標(biāo)上鉆取樣本，并將其存儲在火星表面的具體位置。
目標(biāo)四：為載人登陸做準(zhǔn)備，測試從火星二氧化碳大氣中產(chǎn)生氧氣的能力。火星大氣非常稀薄，而且二氧化碳含量高達(dá)96%。人類肯定不能直接呼吸火星大氣，但是二氧化碳的存在，讓人們看到了制取氧氣的希望。假如能夠用火星大氣制氧，未來的火星基地就可以自己解決呼吸問題，還可以支持更大規(guī)模的火星科考與資源開發(fā)。
在石頭上打眼的沖擊鉆
在火星表面作業(yè)中，“毅力號”的主要工作就是在石頭上打洞。具體分為以下幾個步驟：
第一步：找到有價值的巖石。科學(xué)家們特別希望能找到在水中 形成或被水改變的巖石。水是生命的關(guān)鍵，如果這些巖石含有有機(jī)分子，那就更有趣了。
第二步：采集巖樣。一旦科學(xué)家確定了一個感興趣的巖石目標(biāo)，“毅力號”就會動用鉆機(jī)，鉆出一個核心樣本。鉆機(jī)的原理和我們在地球上給空調(diào)打孔的水鉆一樣，但考慮到“毅力號”的承載能力和發(fā)電功率都很有限，而且也不可能加水冷卻及潤滑，它的鉆取深度只有2英寸（大約5厘米）。
第三步：密封巖石樣本。巖芯樣品鉆取下來后，就要放進(jìn)預(yù)先清洗過的樣品管里，蓋上蓋子。按照地球上巖石的密度計算，每個樣品重約半盎司（15克）。
第四步：攜帶樣品。存好樣品之后，“毅力號”會把管子插進(jìn)自身攜帶的一個儲存架上，然后帶著它繼續(xù)行進(jìn)，直到任務(wù)小組在火星表面選好一個臨時存儲位置為止。因為這些樣品來之不易，所以任務(wù)小組把這些臨時位置稱為“戰(zhàn)略位置”。
第五步：保存樣本。將火星樣本放在火星表面的一個位置，等待 2022年美國宇航局發(fā)射另一個探測器來火星。這個探測器具備從火星表面起飛的能力。它會找到“毅力號”存放樣品的地方，把它取走返回地球。
與眾不同的“毅力號”機(jī)械臂
鉆探工作的主角是“毅力號”的機(jī)械臂。這條2.1米長的機(jī)械手臂可以像人的手臂一樣運(yùn)動。它有肩膀、肘部和手腕關(guān)節(jié)，保證了最大限度的 靈活性。這只手臂可以讓漫游車像人類地質(zhì)學(xué)家一樣工作，用“手”或轉(zhuǎn) 塔握住和使用科學(xué)工具。漫游車的“手動工具”可以從巖石中提取巖芯，拍攝顯微圖像，分析火星巖石和土壤的元素組成和礦物組成。
這條機(jī)械臂有5個自由度，是通過名為“旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器”的微型馬達(dá)實現(xiàn) 的，這5個自由度是肩關(guān)節(jié)、臂關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)和轉(zhuǎn)塔關(guān)節(jié)。手臂末端轉(zhuǎn)塔就像一只手，可以握持相機(jī)、礦物和化學(xué)分析儀，用來研究火星過去的可居住性，并選擇最具科學(xué)價值的樣本進(jìn)行儲存。
上面就是有關(guān)“火星2020”任務(wù)的一些“干貨”?，F(xiàn)在，就讓我們期待它在火星上執(zhí)行的任務(wù)吧。
