你的位置: iPc 首页 > 全部文章 > 新闻相关 > 阅读文章
科学X网    Office    苹果中国    微软中国    VPS

火星人回家有望了! Curiosity 好奇号 “惊险7分钟” 定成败

06
八月

Curiosity 火星探测车

史上最贵的火星任务 Curiosity(中译“好奇号”)火星探测车,在本地时间今天中午左右将开始它的“惊险七分钟”,瞄准火星赤道附近的盖尔撞击坑进行着陆……

Curiosity 火星探测车

无论是探测车的设计、搭载的仪器、进行的任务还是降落的方法,Curiosity 都是火星探测史上当之无愧,最有野心的一个计划。在降落进入最后倒数的同时,让我们一起来看看这台有高尔夫球车大的探测车到底厉害在哪里吧!

什么是 Curiosity?

Curiosity 火星探测车

Curiosity 原名“火星科学实验室(Mars Science Laboratory)”,是美国太空总署(NASA)的第三代火星探测中,也是目前为止最大的一台。第一代的旅居者(Sojourner)探测车大约只有台微波炉大,随着火星探路者(Mars Pathfinder)任务一同于 1997 年着陆火星,主要是做为技术测试平台使用,为后来的任务铺路。旅居者一共在火星上跑了 83 个火星日1,总行进距离约 100 公尺左右(但从没有离开 Pathfinder 的周围),拍回了 550 张的照片。

第二代的火星探测车,就是精神号和机会号这两个我们网站的常客。两台探测车长得一模一样,在设备完全开启时高 1.5m,宽 2.3m,长 1.6m;是相当大台的探测车,也是首个没有“基地”,所有的通讯、仪器全部带在车子上的火星探测任务。精神号和机会号以长寿出名,靠着地球上科学家的努力,2004 年着陆的精神号一直撑到 2010 年三月才寿终正寝,任务总长是预定长度 90 火星日的 21.6 倍;而晚它三礼拜着陆的机会号,则依然在火星上努力着,目前在一个名为奋进撞击坑的陨石坑附近徘徊观测,总共行进的距离已长达 34.5 公里。

有这么些名声显赫的前辈,Curiosity 肩上的压力自然不小。做为第三代的机种,Curiosity 有着从精神号和机会号上学来的大量经验供参考,而设计上最主要的差异,就是将电力的来源从太阳能换成了核热能 —— 精神号和机会号因为天气的缘故常常太阳能板上会积沙尘,让科学家们常常不得不精打细算地计算每天可以跑多远、开多少仪器,而采用核热能的 Curiosity 就没有这个麻烦,不论什么天气、季节都能正常运作。此外,Curiosity 比前辈们又要大上不少,长度有三公尺左右,重量更是重达 900 公斤。这体型和轮胎大小,意味着 Curiosity 每小时最多能跑 90 公尺,并翻过高达 75 公分的障碍物。

Curiosity 的任务是什么?

好奇号的基本任务和前辈们并无二致,只是因为它的体型,所以能对更大的范围做更详细的研究。在地质上分析火星的地形和矿物,以判断火星的过去和现在是否有水的存在,以及水是否在地形形成的过程中扮演着角色;在气候上分析火星大气的历史;当然还有最重要的,试图找出火星是否有生命存在。除了这几个之外,Curiosity 还在飞向火星的路途上测量受到的总辐射强度,做为未来人类探测火星时的参考。

Curiosity 的电力来源是什么?

Curiosity 火星探测车Curiosity 的 RTG 模组

前面有提到 Curiosity 的电力来源不是太阳能,而是“放射性同位素热发电机(Radioisotope Thermoelectric Generator,简称 RTG)”。Curiosity 的 RTG 其实与其说是发电机,它和电池还比较接近,利用钸 238(这是一个没有核分裂能力的铈同位素)在自然衰变的过程中释放出来的热,再转换成电力来发电。Curiosity 上的模组在任务初期可以可靠地在任何状况下提供约 125 瓦的输出,这个数字会随着燃料的衰变而逐年降低,但 14 年后应该还有 100 瓦。这让 Curiosity 任务期间的每日总发电量大约在 2.5 度(瓩小时)附近,比精神号和机会号的 0.6 度要高出许多。

Curiosity 带了什么设备?

Curiosity 火星探测车

Curiosity 的主控电脑采用的是以 IBM 的 PowerPC 750 为基础的 RAD750 处理器,时脉大约是 200MHz,一共有 256K 的 ROM、256MB 的 RAM、2GB 的闪存记忆体。这规格好像和前两年的低端手机相当,比现在的智能手机是要弱多了。但你的手机上不了太空,是吧?

Curiosity 火星探测车

至于相机,Curiosity 带了四个,都是采用相同的 1600×1200 像素感光器,并且有 720/10p 的录影能力。装在立着的桅杆上就有两个,一个中焦段定焦、一个望远定焦。本来承包商开发好了变焦镜头的,但可惜因为测试时间不足,最后没能安装上去。第三颗装在延伸出去的手臂上,是一颗用来近距离拍摄石头用的微距镜相机;而第四颗则是装在 Curiosity 的肚子底下,司职在降落过程中持续拍摄下方的地形,在整个过程中最多以拍到 4000 张相片,作为之后在火星上漫游时的参考。此外,Curiosity 还有在四个角落各装有一颗避开障碍用的黑白摄影机,以及在桅杆上有另两个黑白的导航用相机。

Curiosity 火星探测车

科学仪器的部份,Curiosity 有四个光谱仪,包括首见的镭射光谱仪,用高能镭射在远达七公尺外气化分析目标,在分析过程中发出的强光;另三个是比较传统的 Alpha 粒子 X 光光谱仪、分析晶体结构的 X 光散射分析设备、以及分析气体用的气相光谱仪。这些仪器提供了 Curiosity 地质分析的能力,而其他器材则以大气分析及天气纪录为主。

Curiosity 的降落过程是什么样子?

一.火星车经过数个月的宇航飞行抵达火星轨道

Curiosity 火星探测车

在此之前,“好奇”号火星车花了八个多月的时间向这颗红色的星球前进,将于数天后降落的火星的盖尔撞击坑,探索撞击坑中隆起的数千米高的山脉,寻找火星上支持生命存在的证据。

“好奇”号登陆火星通过一套非常复杂的机械程序,以下揭示整个登陆的工作流程:随着“好奇”号火星科学实验室抵近火星轨道,火星车此时正完全处于着陆隔热系统的包裹之中,在穿过火星大气前,“好奇”号将进入火星中部区域上方2188英里,即3522公里的位置。

二.搭载“好奇”号火星科学实验室的着陆舱

Curiosity 火星探测车

在进入火星大气层时,“好奇”号火星车将受到着陆隔热系统的保护,着陆舱热防护系统有两个部分构成,前端隔热罩和后盖组成,前者将面临飞船穿过火 星大气层时所产生的高温。该隔热系统是探测火星的航天史上使用过最大的隔热舱,跨度达到了14.8英尺,约为4.5米。图中显示的是火星科学实验室进入火 星大气时的情景。

三.着陆舱上的矢量控制发动机

Curiosity 火星探测车

火星车的着陆动作分为进入火星大气层、减速下降以及着陆三个阶段,当接触到火星大气时,将处于盖尔撞击坑上方81英里处,大约为131公里,最终 火星车将按预设程序降落在撞击坑的山脉旁边。“好奇”号火星车配备了更加精确的导航系统,在进入火星大气层后将为火星车提供高精度的位置信息,比以往任何 一个火星着陆探测器的精度都要高。根据美国国家航空航天局的官员称,着陆系统上的矢量发动机将有助于火星车精确控制方向。

四.火星车隔热系统将于火星大气产生剧烈的摩擦

Curiosity 火星探测车

美国国家航空航天局“好奇”号火星科学实验室着陆器在进入火星大气、减速下降和着陆阶段大约持续7分钟,在此期间,着陆器的速度将从每小时1.32万英里,约为5900米每秒减速至零。图中显示的是受到火星大气摩擦的飞船前端隔热罩。

五.“好奇”号火星车配备了有史以来最大的行星登陆降落伞

Curiosity 火星探测车

“好奇”号火星科学实验室的研究人员为火星车着陆系统打造了有史以来最大的行星登陆降落伞,该降落伞由80根悬吊钢线组成,长度超过了165英 尺,约为50米,跨度为51英尺,约为16米。可在火星大气中2.2马赫的速度降落时使用,产生6.5万磅的作用力,即2.95万千克的反作用力。超音速 降落伞连接装置位于着陆系统的顶端,当前端热屏蔽罩打开抛弃之后,火星车开启测高雷达,确定自己的高度和速度。

六.弹射出隔热系统前端防护罩后的情景

Curiosity 火星探测车

图中显示的火星车着陆系统已经将前端摩擦隔热罩抛弃,只剩下隔热罩的后盖,而超音速降落伞则连接到后舱上。由于火星车的质量太大,无法使用传统的安全气囊进行软着陆,本次采用的新型降落系统将使用到“天空起重机”反推火箭并通过吊索把火星车降至地面。

七.测距雷达将为火星车提供精确的高度和速度信息

Curiosity 火星探测车

在火星车将隔热系统前端防护罩抛弃之后,测距雷达开始工作,通过位于火星轨道上的中继飞船向地球传回海拔高度和速度等信息。在最后的下降阶段,将 由一个被称为“天空起重机”的反推火箭为火星车减速,图中显示的是在“好奇”号火星车安全抵达地面前一分钟,处于工作状态的“天空起重机”。

八.火星车将通过吊臂电缆降至火星表面

Curiosity 火星探测车

由于“好奇”号火星车的重量太大,无法使用安全气囊进行着陆,所以需要通过非常规的方法完成登陆任务。科学家们设计了悬停在空中的吊臂将火星车缓慢降至火星表面。着陆系统连接到火星车的车轮上,以便于任务专家检查这套系统,其设计寿命为两年。

图中可以清楚地看出“天空起重机”的工作原理,当火星车启动火箭反推装置时,通过八个矢量发动机喷口控制火星车的姿态,在“天空起重机”与火星车 之间有三条尼龙索连接着,为火星车提供电源、通讯等功能连接。连接索长度达到了25英尺,约为7.5米,一旦火星车接触火星表面,并被传感器检测到后将切 断连接,悬停式反推火箭将往一个方向飞走,离开火星车的安全区域。

九.“好奇”号火星车接触火星表面时连接电缆将被切断

Curiosity 火星探测车

图中显示的是“好奇”号火星车抵达火星表面时的情景,但其仍然连接着悬停在上方的“天空起重机”。

十.“天空起重机”是火星登陆任务中独一无二的降落方式

Curiosity 火星探测车

图中描述了当火星车接触到火星表面时,连接电缆就会被立刻切断,反推火箭将会飞离火星车,离开安全距离之外。该着陆方法在目前登陆火星的探测器中是独一无二的。

关于本文
各种回音
  1. 说: 回复他/她

    咦?这么靠前?有些翻译看着不习惯……精神号……

  2. 说: 回复他/她

    有一点没弄懂,为什么微处理器发展的这么好了火星车的还只有这么低?除了用电问题还有别的原因吗?

    • 说:

      估计还要稳定性方面的考虑吧,万一死机就糗大了

    • 说:

      处理器越简单就越稳定,越可以长时间工作而不死机。

    • 说:

      我觉得可能是好奇号发射的时候处理器最高也就那水平。

  3. 说: 回复他/她

    第九步线缆没切断 这探测器不就悲剧了

  4. 说: 回复他/她

    为什么美国不继续登月了?为什么改火星了?为什么上火星用机器不用人了?

    • 说:

      你是火星人吗?

  5. 说: 回复他/她

    这里头有一个逆天的秘密,美国政府受到恐吓了,才转而去探索火星

  6. 说: 回复他/她

    学习了!

  7. 说: 回复他/她

    月球被中国占领了 到火星去了他们 哈哈

  8. 说: 回复他/她

    可怜的起重机,任务完成只能消失。。

  9. 说: 回复他/她

    精神号