騰訊太空文/喬輝

　　北京時(shí)間 2020 年 7 月 30 日 19 時(shí) 50 分左右，一枚“宇宙神五”（Atlas-V）運(yùn)載火箭在美國(guó)卡納維拉爾角航天基地發(fā)射升空，本次搭載的是美國(guó)宇航局“毅力”號(hào)（Perseverance）核動(dòng)力火星車。

　　來自美國(guó)宇航局（NASA）的官方消息顯示，其“毅力”號(hào)火星車已經(jīng)成功完成了所有的發(fā)射和入軌步驟，開始向著火星前進(jìn)。

　　“毅力”號(hào)火星車可看作 2012 年登陸火星的“好奇”號(hào)火星車的升級(jí)版，裝備有最新型的科學(xué)探測(cè)儀器，更加側(cè)重對(duì)火星潛在生命跡象的探索。

　　此外，“毅力”號(hào)火星車還將擔(dān)負(fù)火星采樣任務(wù)，采集火星的巖石和土壤樣本，為未來的火星采樣返回任務(wù)做準(zhǔn)備。據(jù)悉，本次火星任務(wù)共耗資超 24 億美元。

　　非常有意思的是，本次發(fā)射，除了“毅力”號(hào)火星車之外，還搭載了一架小型火星直升機(jī)，能夠?qū)鹦擒囍憛^(qū)域附近進(jìn)行空中偵查。一旦成功，將成為首架在其他行星上飛行的可控飛行器。

　　這架名為小機(jī)靈（Ingenuity）的直升機(jī)重僅為 1.8 公斤，由兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的螺旋槳提供升力，旋轉(zhuǎn)角速度可達(dá) 2400 轉(zhuǎn)每分鐘。水平移動(dòng)的速度為 10 米每秒，爬升速度為 3 米每秒。有關(guān)這架小直升機(jī)的詳細(xì)情況，后面有專門章節(jié)具體介紹。

　　全文結(jié)構(gòu)如下：

1. 一、美國(guó)本次火星任務(wù)和中國(guó)的火星任務(wù)有什么不同？
2. 二、毅力號(hào)火星車和好奇號(hào)火星車有什么不同？
3. 三、毅力號(hào)火星車攜帶了哪些重要科學(xué)儀器？
4. 四、毅力號(hào)火星車有哪些關(guān)鍵的科學(xué)目標(biāo)？
5. 五、毅力號(hào)火星車的登陸地點(diǎn)在哪里？
6. 六、翱翔在火星天空的首架人類直升機(jī)
7. 七、不依賴陽(yáng)光的核能發(fā)電裝置
8. 八、1093 萬(wàn)個(gè)地球人名字飛往火星
9. 九、火星隕石搭乘毅力號(hào)火星車重返老家
10. 十、為什么今年三個(gè)國(guó)家扎堆發(fā)射火星探測(cè)器？
11. 十一、無(wú)形的風(fēng)箏線：美國(guó)深空探測(cè)網(wǎng)
12. 十二、火星和地球的比較
13. 十三、人類探測(cè)火星的悲壯歷史
14. 十四、火星上有哪些最著名的探測(cè)器？

　　一、美國(guó)本次火星任務(wù)和中國(guó)的火星任務(wù)有什么不同？

　　7 月 23 日，我國(guó)用長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭把“天問一號(hào)”送入飛往火星的軌道，這是我國(guó)首次發(fā)射火星探測(cè)器，并計(jì)劃利用這一次任務(wù)，完成對(duì)火星的繞、落、巡三種形式的探測(cè)，復(fù)雜度和難度都非常高。具體來講，就是把火星軌道飛行器、火星著陸平臺(tái)、火星車以及附屬設(shè)備一次性送到火星，加起來重達(dá) 5 噸，只有長(zhǎng)征五號(hào)火箭才能投送。

　　美國(guó)此次“火星 2020”任務(wù)，主要是把“毅力”號(hào)火星車送到火星表面。火星車加上附屬的登陸設(shè)備總重量為 3.9 噸，比我們的“天問一號(hào)”要輕一些，采用比長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)力小一些的宇宙神 V541 型火箭發(fā)射。

　　“毅力”號(hào)火星車長(zhǎng) 3 米、寬 2.7 米、高 2.2 米、自重 1025 公斤，采用核動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，稍展開來講就是利用钚 238 原子核衰變釋放的熱量通過熱電偶來產(chǎn)生電能，功率不算太大，僅能提供持續(xù)的 110 瓦的電能，但這種方式能夠完全擺脫對(duì)太陽(yáng)照射的依賴，能夠持續(xù)穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)火星車在火星上運(yùn)動(dòng)。除了核電池之外，還安裝有兩塊鋰離子充電電池，用來提供瞬時(shí)大功率用電。

　　圖注：美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)人員正在將放射性同位素?zé)岚l(fā)電機(jī)（RTG）安裝到“好奇”號(hào)上。通過钚-238 的衰變來提供任務(wù)所需要的電能。

　　但這種核動(dòng)力也有其缺點(diǎn)，首先成本很高，其次隨著時(shí)間的推移，放射性元素不斷衰變，輸出功率會(huì)逐年下降，但至少可以使用 14 年的時(shí)間。有關(guān)這種核電源的詳情，后面有專門章節(jié)介紹。

　　我國(guó)的火星車重約 240 公斤，幾乎是玉兔月球車重量的兩倍，預(yù)計(jì)能工作至少 90 個(gè)火星日。這個(gè)重量介于 NASA 的“機(jī)遇”號(hào)火星車和“毅力”號(hào)火星車之間。具體來講，“機(jī)遇”號(hào)火星車重 185 公斤，“毅力”號(hào)火星車重 1000 多公斤。

　　我國(guó)的火星車有四片太陽(yáng)能板，六個(gè)車輪，兩個(gè)高聳的天線，看起來就像一只蝴蝶。受火星上光照和溫度的限制，火星車最佳的工作時(shí)間是在火星的中午前后，這時(shí)候陽(yáng)光比較充足，能為其上搭載的科學(xué)儀器提供充足的電力。在白天陽(yáng)光充足的時(shí)候，火星車還會(huì)把一部分電能儲(chǔ)存在蓄電池中，以備夜間使用。

圖注：中國(guó)火星探測(cè)工程發(fā)布天問一號(hào)1：1 火星車。

　　除此之外，科學(xué)家還想到一種利用物質(zhì)相變吸收太陽(yáng)能的巧妙方法，在火星車頂部，有一個(gè)叫集熱窗的裝置，里面裝有正十一烷。白天，溫度升高的時(shí)候，這種物質(zhì)吸收熱量而熔化；夜間，溫度下降的時(shí)候，這種物質(zhì)釋放熱量而凝固。利用這種方法，可保證火星車安全度過漫漫寒夜。這種全新的利用熱量的方式，在世界上尚屬首次。

　　在科學(xué)任務(wù)細(xì)節(jié)方面，美國(guó)的火星探測(cè)任務(wù)和我國(guó)的火星探測(cè)任務(wù)也有差別，這里我們就不展開比較了。

　　二、毅力號(hào)火星車和好奇號(hào)火星車有什么不同？

圖注：好奇號(hào)火星車（左）和毅力號(hào)火星車（右）（藝術(shù)圖）。

　　文章開始部分我們也提到，“毅力”號(hào)火星車可看作此前已登陸火星的“好奇”號(hào)火星車的升級(jí)版，是在“好奇”號(hào)火星車的基礎(chǔ)上進(jìn)行定向設(shè)計(jì)而來，但兩者在很多細(xì)節(jié)方面卻很不相同。

　　“毅力”號(hào)比“好奇”號(hào)的車身更長(zhǎng)，大約長(zhǎng) 13 厘米。“毅力”號(hào)比“好奇”號(hào)更重，毅力號(hào)重 1025 公斤，好奇號(hào)重 899 公斤，多出來的重量主要是因?yàn)橐懔μ?hào)搭載了更重的設(shè)備。

　　“毅力”號(hào)火星車則安裝有 23 個(gè)相機(jī)，大部分都是彩色的，“毅力”號(hào)的桅桿相機(jī)具有更好的變焦功能，能夠拍攝高清晰的視頻和全景圖。而“好奇”號(hào)火星車只安裝有 17 個(gè)相機(jī)，只有四個(gè)是彩色相機(jī)。

　　“毅力”號(hào)火星車還安裝有兩個(gè)麥克風(fēng)，不僅能用來捕捉毅力號(hào)降落到火星上的聲音，還能夠用來傾聽火星上的風(fēng)聲以及激光分析儀轟擊巖石的聲音。

　　“毅力”號(hào)的車輪和“好奇”號(hào)使用的材質(zhì)一樣，但輪徑更大一點(diǎn)，寬度要窄一些。車輪上面的花紋也不一樣，更加堅(jiān)固。

　　“毅力”號(hào)的自主能力比“好奇”號(hào)更強(qiáng)，能夠更加高效完成任務(wù)。

　　三、毅力號(hào)火星車攜帶了哪些重要科學(xué)儀器？

　　1、Mastcam-Z：這是位于桅桿上的變焦全景相機(jī)，能夠產(chǎn)生高清晰的全景和立體圖像；能夠鑒定火星表面巖石的成分，還能夠輔助火星車行進(jìn)。消耗功率大約 17.4 瓦。

　　2、SuperCam：這是一臺(tái)激光超距分析儀，能夠遠(yuǎn)距離利用高清相機(jī)、激光和光譜儀對(duì)火星上的巖石和土壤成分進(jìn)行分析。消耗功率大約 17.9 瓦。

　　3、PIXL：這是X射線光譜儀，能夠利用礦物對(duì)X射線產(chǎn)生熒光的原理進(jìn)行更加精確的分析。裝配有微距相機(jī)，能夠看清非常細(xì)小的火星沙粒。消耗功率大約 25 瓦。

　　4、SHERLOC：這是紫外光譜儀，能夠利用紫外激光對(duì)礦物和有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行分析，這將是火星上第一個(gè)紫外拉曼光譜儀。這臺(tái)儀器上還安裝有一臺(tái)高分辨率的彩色相機(jī)。消耗總功率大約 48.8 瓦。

　　5、MOXIE：我們知道，火星大氣中二氧化碳占 95%。這臺(tái)儀器將進(jìn)行一項(xiàng)非常重要的實(shí)驗(yàn)，那就是通過化學(xué)反應(yīng)從火星大氣的二氧化碳中制取氧氣。有了氧氣，不但可以供未來登陸火星的宇航員呼吸使用，而且氧還是火箭的推進(jìn)劑。這臺(tái)儀器消耗功率約 300 瓦。

　　6、MEDA：相當(dāng)于移動(dòng)氣象站，能夠?qū)鹦谴髿獾臏囟取鈮骸L(fēng)速、風(fēng)向、相對(duì)濕度以及沙塵的大小和形狀進(jìn)行記錄。消耗功率約 17 瓦。

　　7、RIMFAX：這是雷達(dá)探測(cè)儀，這臺(tái)儀器是利用雷達(dá)對(duì)火星表面之下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)，能夠達(dá)到厘米級(jí)別的分辨率。消耗功率約 5 瓦至 10 瓦。

　　四、毅力號(hào)火星車有哪些關(guān)鍵的科學(xué)目標(biāo)？

　　1、尋找遠(yuǎn)古火星存在過生命的痕跡。

　　2、收集巖石和土壤樣本，為未來的火星采樣返回做準(zhǔn)備。

　　3、探索著陸區(qū)域的地質(zhì)多樣性。

　　4、為未來的火星任務(wù)驗(yàn)證新技術(shù)。

　　五、毅力號(hào)火星車的登陸地點(diǎn)在哪里？

　　圖注：毅力號(hào)將降落在火星的北緯 18 度，西經(jīng) 77 度區(qū)域（綠圈）；好奇號(hào)的降落區(qū)域（紅圈）。

　　“毅力”號(hào)將降落在火星的北緯 18 度，西經(jīng) 77 度，一個(gè)名叫杰澤羅撞擊坑（Jezero Crater）的地方。這個(gè)撞擊坑直徑 49 公里，在遠(yuǎn)古時(shí)期曾經(jīng)充滿了水，里面富含沉積的黏土。“毅力”號(hào)火星車選擇在這里著陸，就是為了尋找沉積物中可能存在過生命的痕跡。

　　非常有趣的是，曾經(jīng)有一條河流流入這個(gè)遠(yuǎn)古湖泊，在河流的入口處形成了一個(gè)三角洲。“毅力”號(hào)的著陸范圍就覆蓋在三角洲地帶。

圖注：綠色橢圓是毅力號(hào)預(yù)定的降落區(qū)域，位于撞擊坑邊緣靠近遠(yuǎn)古河流入口的地方。

圖注：杰澤羅撞擊坑直徑 49 公里，在遠(yuǎn)古時(shí)期曾經(jīng)充滿了水（藝術(shù)圖）。

　　六、翱翔在火星天空的首架人類直升機(jī)

　　美國(guó)宇航局的本次火星任務(wù)，非常具有創(chuàng)新性的一點(diǎn)是，除了高大上的“毅力”號(hào)火星車之外，還有非常靈巧可愛的火星無(wú)人機(jī)。

　　這架名為小機(jī)靈的直升機(jī)重僅為 1.8 公斤，高 0.5 米，螺旋槳直徑 1.2 米，由兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的螺旋槳提供升力，功率 350 瓦。

　　雖然火星的表面引力只有地球的三分之一，從這點(diǎn)看有利于飛行器飛行，但是火星的氣壓只有地球氣壓的1%，空氣非常稀薄，因此要求螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)更加快速才行。小機(jī)靈直升機(jī)螺旋槳旋轉(zhuǎn)角速度可達(dá) 2400 轉(zhuǎn)每分鐘。水平移動(dòng)的速度為 10 米每秒，爬升速度為 3 米每秒。

　　這架小直升機(jī)靠頂部的太陽(yáng)能板進(jìn)行充電，電能儲(chǔ)存在鋰離子電池中。充電一天，大概能夠飛行 90 秒！安裝有一個(gè)彩色相機(jī)和一個(gè)黑白相機(jī)。

　　這架直升機(jī)無(wú)法直接和地球聯(lián)絡(luò)，要通過“毅力”號(hào)進(jìn)行信息接力傳輸，因此，不能飛離“毅力”號(hào)太遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)航程僅 300 米，最遠(yuǎn)通訊距離為 1 公里。

　　其實(shí)，本次火星直升機(jī)項(xiàng)目主要是為了進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證，并沒有賦予太多任務(wù)使命。火星直升機(jī)比軌道上的人造衛(wèi)星分辨率更高，而且比火星車更加靈活，機(jī)動(dòng)性更強(qiáng)。一旦飛行成功，將為未來火星探測(cè)增加了全新的方式。

　　七、不依賴陽(yáng)光的核能發(fā)電裝置

　　雖然太陽(yáng)能動(dòng)力也可以在火星上工作，但有時(shí)候會(huì)遇到問題。當(dāng)火星上起沙塵暴的時(shí)候，火星灰塵會(huì)遮擋 90% 的太陽(yáng)光，灰塵也會(huì)覆蓋電池板。“毅力”號(hào)火星車重約 1000 公斤，是一輛較大的火星車，大小如同一輛小型汽車。它上面搭載有數(shù)臺(tái)高能耗儀器，所以它的能量需求很高，因此依靠太陽(yáng)能發(fā)電不能滿足用電需求。

圖注：美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)人員正在將放射性同位素?zé)岚l(fā)電機(jī)（RTG）安裝到“好奇”號(hào)上。通過钚-238 的衰變來提供任務(wù)所需要的電能。

　　毅力號(hào)火星車使用的是“放射性同位素?zé)岚l(fā)電機(jī)”（Radioisotope Thermoelectric Generator，縮寫為 RTG）提供電能。其原理是，通過熱電偶裝置把放射性同位素钚-238 衰變產(chǎn)生的熱直接轉(zhuǎn)換為直流電來提供火星車的行駛和各項(xiàng)儀器設(shè)備使用。

圖注：RTG 中使用的是二氧钚(钚-238），放射性衰變使其變得非常熾熱（左）。1945 年美國(guó)投擲到日本長(zhǎng)崎的原子彈升起的蘑菇云（右），該原子彈的代號(hào)為“胖子”，使用的核燃料為钚-239。

　　人造同位素钚-238 的半衰期僅為 88 年，這意味著它的放射性衰減之快可以讓它非常熾熱。钚-238 釋放的是阿爾法射線，很容易被阻擋，這種物質(zhì)不能用于核彈。RTG 沒有活動(dòng)的部件，所以很可靠，并且放射性材料能夠持續(xù)發(fā)熱很多年。RTG 除了用于為“毅力”號(hào)供電之外，余熱還能為“毅力”號(hào)的各種儀器以及自身供暖。

　　“毅力”號(hào)使用的 RTG 裝置是當(dāng)年好奇號(hào)火星車的備用產(chǎn)品，重量約 45 公斤，里面封存有 4.8 公斤的二氧化钚。當(dāng)電力需求低谷的時(shí)候，RTG 就給兩塊鋰離子電池充電，以備用電需求增加的時(shí)候使用。隨著放射性元素的不斷衰變，輸出功率會(huì)越來越低，但“毅力”號(hào)上的 RTG 使用壽命至少可達(dá) 14 年。

　　其實(shí)，這種利用核能的方式并不是太新鮮的科技。當(dāng)年阿波羅登月期間，就使用過這種發(fā)電裝置。

　　對(duì)于那些飛往火星之外的探測(cè)器，使用核能幾乎是唯一的選擇。大名鼎鼎的旅行者 1 號(hào)探測(cè)器、旅行者 2 號(hào)探測(cè)器、先驅(qū)者 10 號(hào)探測(cè)器、先驅(qū)者 11 號(hào)探測(cè)器以及飛掠冥王星的新視野探測(cè)器，都是采用 RTG 供電。除此之外，探測(cè)木星的伽利略探測(cè)器、探測(cè)土星的卡西尼探測(cè)器也都是利用的 RTG 供電。唯一的例外是朱諾號(hào)木星探測(cè)器，朱諾號(hào)采用的是異常巨大的太陽(yáng)能板供電，據(jù)說是由于當(dāng)年用于 RTG 的钚 238 儲(chǔ)備不足，不得已而采用權(quán)宜之計(jì)。

　　八、1093 萬(wàn)個(gè)地球人名字飛往火星

　　為了喚起公眾對(duì)這次火星任務(wù)的注意，依照慣例，美國(guó)宇航局開展了“發(fā)送你的名字到火星”的活動(dòng)，通過網(wǎng)絡(luò)向全世界征集，最終征集了 10932295 個(gè)名字。值得注意的是，這些名字不是以二進(jìn)制的形式存放在內(nèi)存里，而是用電子束雕刻的方式刻在三塊指甲蓋大小的硅片上。

圖注：1093 萬(wàn)個(gè)地球人名不是以二進(jìn)制的形式存放在內(nèi)存里，而是用電子束雕刻的方式刻在三塊指甲蓋大小的硅片上（紅圈部分）。

圖注：這是本文作者上傳到毅力號(hào)火星車上名字后，返回的紀(jì)念票。

　　這種活動(dòng)，美國(guó)宇航局已經(jīng)舉辦過多次，每當(dāng)有深空探測(cè)任務(wù)的時(shí)候，往往都會(huì)通過網(wǎng)絡(luò)征集名字。最近的一次是 2018 年洞察號(hào)火星車發(fā)射的時(shí)候，同樣征集過一波，那次收集的人名數(shù)量大約有 240 萬(wàn)。2011 年好奇號(hào)火星車發(fā)射的時(shí)候，征集到的人名數(shù)量才 100 多萬(wàn)。

　　九、火星隕石搭乘毅力號(hào)火星車重返老家

　　科學(xué)家估計(jì)，在大約 60 萬(wàn)年前，一顆小行星或彗星撞擊了火星，飛濺出的火星巖石在大約 1000 年前墜落在阿曼沙漠，1999 年才被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這是一塊典型的玄武巖，其中含有輝石、橄欖石和長(zhǎng)石礦物質(zhì)。該巖石的代號(hào)為 SaU 008，形成于大約 4.5 億年前。

圖注：毅力號(hào)火星車將搭載這塊火星隕石的切片，目的是為了利用這塊火星巖石對(duì)其紫外光譜儀 SHERLOC 進(jìn)行校準(zhǔn)。

　　“毅力”號(hào)火星車將搭載這塊隕石的切片，目的是為了利用這塊火星巖石對(duì)其紫外光譜儀 SHERLOC 進(jìn)行校準(zhǔn)。

　　如果紫外光譜儀在停留火星期間出現(xiàn)系統(tǒng)錯(cuò)誤，他們將難以察覺，因此把火星巖石切片放在“毅力”號(hào)前方，讓它不時(shí)接受掃描。地面控制人員可根據(jù)掃描結(jié)果判斷這臺(tái)儀器是否工作正常。

　　十、為什么今年三個(gè)國(guó)家扎堆發(fā)射火星探測(cè)器？

　　你如果關(guān)注太空，就會(huì)知道今年有三個(gè)國(guó)家向火星發(fā)射探測(cè)器：我國(guó)的“天問一號(hào)”探測(cè)器、美國(guó)的“毅力”號(hào)火星車和阿聯(lián)酋的“希望”號(hào)探測(cè)器。其中，“希望”號(hào)探測(cè)器已于 7 月 20 日率先發(fā)射升空。“天問一號(hào)”也已于 7 月 23 日發(fā)射升空，目前已飛到距離地球 150 萬(wàn)公里之外，也正在飛往火星的軌道中。

　　由于新冠疫情的原因，“毅力”號(hào)火星車的發(fā)射日期已經(jīng)受到了影響，但如果錯(cuò)過了 8 月 15 日這個(gè)最后的窗口日期，那么就要繼續(xù)等兩年，這是為什么呢？

　　我們知道，火星軌道在地球軌道的外側(cè)，它們共同繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)。火星繞太陽(yáng)一圈大約需要 2 個(gè)地球年，火星運(yùn)動(dòng)的比地球慢，因此二者之間的相對(duì)位置在時(shí)刻在變化。最遠(yuǎn)時(shí)兩者之前的距離大約 4 億公里，最近時(shí)大約 5500 萬(wàn)公里。那，是不是說當(dāng)兩者之間距離最近的時(shí)候才發(fā)射火箭呢？答案是否定的。上面我們也說了，地球和火星的相對(duì)位置在時(shí)刻變化，我們不能有“刻舟求劍”的錯(cuò)誤思維。

　　其實(shí)，早在 1925 年，有一位名叫霍曼的工程師就提出了一種讓航天器變換軌道的最優(yōu)方案，后來被稱為“霍曼轉(zhuǎn)移軌道”。具體到從地球飛往火星，這是一種連接地球軌道與火星軌道的橢圓軌道。如果選取的發(fā)射時(shí)間窗口合適，當(dāng)探測(cè)器沿著霍曼軌道運(yùn)動(dòng)到與火星軌道交點(diǎn)時(shí)，火星也能恰好運(yùn)行到這個(gè)交點(diǎn)附近。對(duì)于發(fā)射火星探測(cè)器而言，這個(gè)時(shí)間窗口大約每 26 個(gè)月才出現(xiàn)一次。因此，錯(cuò)過今年的發(fā)射窗口，就要再等兩年！所以，今年才出現(xiàn)扎堆發(fā)射火星探測(cè)器的情況。例如，歐盟和俄羅斯聯(lián)合研制的火星探測(cè)器，本來也是今年發(fā)射，但由于技術(shù)原因被迫推遲，只能等到 2022 年發(fā)射了。

　　這里要強(qiáng)一下，這種最優(yōu)的軌道設(shè)計(jì)不是最節(jié)省時(shí)間，而是最節(jié)省燃料，目的是為了最大限度提高有效載荷。理論上，采用霍曼轉(zhuǎn)移軌道，從地球到火星要飛八個(gè)多月左右的時(shí)間。當(dāng)然，探測(cè)器實(shí)際飛行的軌道往往并不是嚴(yán)格的霍曼轉(zhuǎn)移軌道，實(shí)際飛行時(shí)間稍短或稍長(zhǎng)。

　　十一、無(wú)形的風(fēng)箏線：美國(guó)深空探測(cè)網(wǎng)

　　火星探測(cè)器離開地球，在飛往火星的過程中需要精確測(cè)控。由于探測(cè)器的距離很遠(yuǎn)，發(fā)出的信號(hào)隨著距離的增加而衰減，這就需要有強(qiáng)大的深空測(cè)控能力。

　　最著名的要數(shù)美國(guó)深空網(wǎng)（DNS），這是由美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室管理的一個(gè)先進(jìn)的測(cè)控網(wǎng)，是為了對(duì)執(zhí)行月球、行星和行星際探測(cè)任務(wù)的航天器進(jìn)行跟蹤、導(dǎo)航與通信而建立的地基全球分布測(cè)控網(wǎng)。

　　為了克服地球自轉(zhuǎn)影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)深空航天器的連續(xù)測(cè)控覆蓋，深空測(cè)控網(wǎng)的布局通常是在全球范圍內(nèi)經(jīng)度上間隔約 120 度，這樣就可以確保對(duì)距離地球表面 3 萬(wàn)公里以上的航天器進(jìn)行連續(xù)跟蹤。

　　美國(guó)深空網(wǎng)由在全球按經(jīng)度間隔 120 度分布的三個(gè)深空通信綜合設(shè)施組成，分別位于美國(guó)加州的戈?duì)柕滤雇ā⑽靼嘌赖鸟R德里和澳大利亞的堪培拉。深空網(wǎng)的操作控制中心位于美國(guó)加州帕薩迪納的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。美國(guó)深空網(wǎng)是目前世界上規(guī)模最大、能力最強(qiáng)的深空測(cè)控系統(tǒng)。

圖注：位于美國(guó)加州戈德斯通的 70 米深空網(wǎng)天線。

圖注：位于西班牙的馬德里的 70 米深空探測(cè)天線。

圖注：位于澳大利亞堪培拉的 70 米直徑深空探測(cè)天線。

　　除了美國(guó)深空網(wǎng)，歐空局也有自己的全球性深空網(wǎng)。俄羅斯、日本、印度、意大利、德國(guó)等國(guó)家也研制建設(shè)了自己的深空測(cè)控設(shè)備，但并未形成完整的全球性深空網(wǎng)。

　　值得一提的是，近年來，我國(guó)為了深空探測(cè)的需要，也建立了自己的深空網(wǎng)。我們的深空通信綜合設(shè)施主要是喀什深空測(cè)控站、佳木斯深空測(cè)控站和位于阿根廷的深空測(cè)控站。

　　目前，我國(guó)的深空網(wǎng)已成為繼美國(guó)深空網(wǎng)、歐空局深空網(wǎng)之外，又一功能完備的全球性測(cè)控網(wǎng)。

　　十二、火星和地球的比較

　　太陽(yáng)系內(nèi)有八大行星，其中水星、金星、地球和火星屬于巖石行星，探測(cè)器可以在上面著陸，木星、土星、天王星和海王星屬于氣態(tài)行星，沒有固體表面。

　　在四顆類地行星中，金星和地球的大小最為接近，但除了大小之外，其他方面就很不一樣了，金星表面的溫度可達(dá) 400 攝氏度，甚至可以讓鉛熔化，人類是無(wú)法在這樣的環(huán)境中長(zhǎng)期駐留和生存的。

　　火星的直徑相當(dāng)于地球的一半，表面引力相當(dāng)于地球的三分之一，大氣壓相當(dāng)于地球的百分之一，赤道地區(qū)最高溫度甚至可達(dá) 35 攝氏度，但全球平均溫度較低，為零下 63 攝氏度。

　　另外，火星的自轉(zhuǎn)周期和地球非常接近，為 24 小時(shí) 40 分鐘。像地球一樣，火星也是傾斜著自轉(zhuǎn)的，傾角為 25.2 度，地球?yàn)?23.5 度，兩者也非常接近。由于是傾斜著自轉(zhuǎn)，也就像地球一樣，有四季交替現(xiàn)象。

　　值得注意的是，火星的大氣絕大部分是二氧化碳，含量高達(dá) 95%！其余是氮?dú)獾葰怏w，沒有氧氣。因此，未來飛往火星的宇航員必須身穿宇航服才能在上面活動(dòng)。

　　十三、人類探測(cè)火星的悲壯歷史

　　迄今為止，人類已嘗試發(fā)射了 47 次火星探測(cè)。其中，美國(guó) 22 次，前蘇聯(lián)和俄羅斯共 19 次，日本 1 次，歐洲 2 次，印度 1 次，阿聯(lián)酋 1 次，中國(guó) 1 次。完全成功和部分成功共計(jì) 23 次（阿聯(lián)酋的希望號(hào)、中國(guó)的天問一號(hào)以及美國(guó)的“毅力”號(hào)都在飛行的途中，成功與否先不做統(tǒng)計(jì)）。

　　其中，前蘇聯(lián)共嘗試發(fā)射 17 次火星探測(cè)器，成功和部分成功僅 5 次，成功率僅 29%。因此，火星有探測(cè)器墳場(chǎng)的稱呼。

　　除了本次“毅力”號(hào)之外，美國(guó)向火星發(fā)射了 22 次探測(cè)器，其中成功了 15 次，失敗了 7 次；歐空局向火星發(fā)射了 2 次，成功了 2 次；俄羅斯向火星發(fā)射了 2 次，失敗了 2 次；日本向火星發(fā)射了 1 次，失敗了 1 次；印度向火星發(fā)射了 1 次，成功了 1 次。阿聯(lián)酋的希望號(hào)和中國(guó)的天問一號(hào)在飛往火星的途中。

　　隨著科技的進(jìn)步，近些年火星探測(cè)器的成功率已經(jīng)有了很大的提高。

　　十四、火星上有哪些最著名的探測(cè)器？

　　當(dāng)前，最著名的火星探測(cè)器要數(shù)“好奇”號(hào)火星車了，“好奇”號(hào)火星車自從 2012 年著陸火星以來，一直穩(wěn)定工作，靠放射性同位素發(fā)電機(jī)提供能量。

圖注：美國(guó)三代火星車大小比較，毅力號(hào)火星車和好奇號(hào)火星大小相當(dāng)。

　　2004 年著陸火星的“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)火星車也是大名鼎鼎，兩輛火星車的設(shè)計(jì)壽命只有 90 天，但兩者都大大超期服役。其中，“勇氣”號(hào)運(yùn)行到 2010 年，“機(jī)遇”號(hào)更是運(yùn)行到 2018 年。

　　1976 年著陸到火星的“海盜一號(hào)”和“海盜二號(hào)”著陸器也非常有名，這兩枚著陸器極大提高了人類對(duì)火星的認(rèn)識(shí)。

　　2018 年著陸火星的“洞察”號(hào)探測(cè)器是目前最新的著陸器，目前正在通過監(jiān)聽火星的星震和內(nèi)部熱流來研究火星的整體結(jié)構(gòu)。

　　除了這些火星車和著陸器，在火星軌道上運(yùn)行的著名軌道器（火星人造衛(wèi)星）有“2001 火星奧德賽”；“火星快車”以及“火星勘測(cè)軌道飛行器”等等。

　　十五、人類探測(cè)火星的重要意義是什么？

圖注：火星的地形地貌（來源：?NASA）。

　　火星是太陽(yáng)系內(nèi)與地球環(huán)境最接近的行星，有稀薄的大氣層，氣壓為地球的1%，局部最高溫度甚至可達(dá) 35 攝氏度，當(dāng)然平均溫度還是比較低的，只有零下 63 攝氏度。此外，還封存有大量冷凍狀態(tài)的水。因此，在未來，火星幾乎是唯一存在移民可能性的行星。另外，火星還可能存在像微生物這種低等生命的可能性。這也是世界各國(guó)熱衷探索火星的重要原因。

　　如果覺得人類應(yīng)該團(tuán)結(jié)起來，共同開發(fā)宇宙，幫推一下這篇文章哦。告訴你個(gè)小技巧，長(zhǎng)按評(píng)論右側(cè)黃色【推】按鈕不放松，一次可推 100 次哦。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的NASA“毅力”号核动力火星车发射升空，还携带了一架直升机！的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。