美国航天局|美国 NASA“毅力号”成功登陆火星，开启寻找生命之旅_登陆火星|火星大气|生命之旅

作者：REN、大卫
北京时间 2 月 19 日凌晨 4 点 55 分，美国 NASA 的 “毅力号”（Perseverance）探测器成功登陆火星，正式开始在这颗红色行星上探索生命存在的迹象。
NASA 喷气推进实验室（JPL）首席工程师 Rob Manning 表示， “这次着陆完成的太棒了，成功证明了 NASA 是有效的，是成功的。我们齐心协力，共同努力，实现了这一目标。从国家的角度来看，许多问题都应该这样协力解决。 ”
NASA 在直播中展示了 “毅力号” 着陆后传回的第一张图片，降落时沾到镜头上的尘土营造了一种朦胧感：

（来源：NASA）
【美国航天局|美国 NASA“毅力号”成功登陆火星，开启寻找生命之旅】去年 7 月和 8 月，阿联酋 “希望号” ，中国 “天问一号” ，美国 “毅力号” 先后发射升空，踏上了前往火星的漫漫征途。
如今，三位远道而来的客人终于在火星聚首。
大约一周前， “希望号” 和 “天问一号” 已经顺利制动进入环火轨道。阿联酋此次的任务只是环绕火星，不包括登陆。而中国计划完成 “环绕、着陆、巡视（探索）” 三个目标，所以 “天问一号” 会先环绕火星勘察 3 个月左右，之后再找合适的时机着陆。
因此，没有环绕火星计划的 “毅力号” 虽然出发最晚，抵达火星最晚，却可以第一个完成登陆。
着陆成功后， “毅力号” 将稍事休整，工程师将花费数周的时间对所有仪器和功能进行测试和校准。

图 | 全副武装的 “毅力号”（NASA）
校准结束后，它将再花几个月的时间前往 Jezero 火山口的第一个勘探地点。科学家相信，这里在 38 亿年前可能是一个火星湖床，有可能在此发现古代生命的化石遗迹。
造价 27 亿美元的 “毅力号” 还有一个更重要的使命，那就是尽可能多的收集并保存土壤样本，然后静静等待未来的 “后辈” 带它回家（或许只有样本能回家）。
NASA 此前表示，将火星土壤带回地球的任务可能需要超过十年的时间，一来一回，最早也要到 2031 年才能返回地球。
登陆火星
火星距离地球超过 2 亿公里，超远的距离让通信变得十分困难，单程延迟大约在 11 分钟左右。因此我们不可能在地球上实时控制火星探测器登陆，只能依靠探测器的自主登陆系统。
NASA 在直播中透露，装有传感器的探测器在进入火星大气层时，可以感受到大气的减速，当减速足够明显时，系统便会开始控制探测器，尝试向着陆点导航，同时调节机身姿态。
在降落过程中，可能会出现上百万种错误，着陆轨迹的微小变化都可能导致任务失败。因此， NASA 将火星车着陆的过程称为 “恐怖七分钟”（seven minutes of terror）。地球上的工作人员只有等到登陆结束后才能知道它有没有成功。

图 | NASA 根据传回的延迟信号模拟火星车是否成功降落（来源：NASA）
当被隔热层包裹的火星车进入火星大气层准备降落时，速度最高可以超过 5555 千米 / 秒（2 万公里 / 小时）。降落过程中，与大气之间的摩擦会让其表面温度迅速飙升，约 80 秒后达到最高温度，隔热层将承受最高 1300 摄氏度的考验，相当于最炙热的火山岩浆的温度。
此时，受到隔热层保护的火星车却只能感受到室温（20 度左右）。
在降落开始大约四分钟后， “毅力号” 探测器距离火星地表约 11 公里，但时速仍然高达 1500 公里 / 小时。它这时将释放一个直径 21.5 米的超大降落伞，隔热罩也将很快剥离。

图 | NASA 传统，执行发射和着陆任务要吃花生（来源：NASA）
探测器下方装有 23 个雷达仪器和摄像头，它们可以帮助火星车安全着陆，也能传回画面供工作人员分析。它还配有 “地形相对导航” 软件，能够处理相机拍摄的图像，并将其与机载地形图进行比较，从而确定航天器应该在哪些潜在的安全地点着陆。
降落进入到最后一分多钟时， “毅力号” 距离地面约 2 公里，此时探测器将与外壳、降落伞分离，把自己的命运交给一台空中吊车（Sky Crane）。
这是 NASA 在 2012 年首次启用的火星车降落技术，成功帮助 “好奇号” 减速并着陆。

图 | NASA 模拟动画演示，空中吊车帮助火星车着陆（来源：NASA）
空中吊车配有 8 枚反冲火箭，通过三根尼龙绳与火星车相连，可以在短时间内减速至 2.7 公里 / 小时，几乎处于悬停状态。这使得火星车上的软件能有足够的时间在方圆 100 米的范围内寻找安全降落点。
找到合适的降落点后，悬停在 20 米高空的空中吊车会慢慢将火星车放下，后者触地后，尼龙绳会被切断。
完成任务的空中吊车会自行飞走，在离火星车尽可能远的地方寿终正寝。
希望如果未来人类真的登陆火星，不要只顾着找火星车和样本，不妨也把它当作人类文明的历史文物保存起来。
任务目标
“勇气号” 与 “机遇号” 帮助人类更好地了解了火星上水的历史， “好奇号” 发现了复合有机物的证据，它们是组成生命的原始成分。
这些证据告诉我们，火星过去可能是宜居的。 “毅力号” 将迈出下一步，寻找古代外星生命的迹象。
选择 Jezero 火山口，原因在于这里是有 38 亿年历史的远古湖床，它处于三角洲位置，沉积物中可能存在与生物、生命有关的有机化合物和矿物质。

图 | Jezero 火山口周围地貌（来源：NASA）
“毅力号” 的 23 个相机将帮助科学家研究火星以获取生命证据。其中最主要的是 Mastcam-Z 相机，它可以拍摄立体和全景图像，并具有非常强大的缩放功能，可以放大需要进一步研究的目标，例如仔细寻找土壤模式和旧沉积物。
此外， SuperCam 相机负责调查岩石中的化学和矿物成分，并配有麦克风，可用于识别火星天气。 PIXL 和 SHERLOC 光谱仪将寻找复杂的生物学分子。 SHERLOC 的 Watson 相机还将进行显微成像，分辨率可达 100 微米左右，与人类头发丝的直径相当。
“毅力号” 需要花费数月时间前往 Jezero 火山口的第一个勘探点。如果火星上真的存在生命迹象，我们最早在今年夏天就能知道。
全新技术：MOXIE 和 Ingenuity
NASA 的每一项任务都运用了一些时下最先进的技术， “毅力号” 也不例外。
第一种技术是 MOXIE 。这是一种小型装置，旨在通过电解的方式将富含二氧化碳的火星大气转化为可用的氧气。这个过程已经在地球上模拟过，但它在火星上将发挥更重要的作用。
氧气的生成不仅可以为将来的火星殖民提供可呼吸的空气，还可以提供用于火箭燃料的液态氧。 “毅力号” 工作的前两年， MOXIE 大约有 10 次制造氧气的机会。每次将运行大约一个小时，产生 6 至 10 克氧气。

图 | MOXIE 设备（来源：NASA）
另一种技术是 Ingenuity 。这是一架 1.8 千克的小型直升机，有望实现火星上的第一次动力飞行。它的部署大约需要 10 天。
Ingenuity 第一次飞行将升至空中约三米高，悬停和徘徊大约 20 秒。如果它能成功地在火星的超薄大气（密度为地球的 1％）中飞行，那么它将有更多的机会飞往其他地方。
直升机上配有两个摄像头，将帮助科学家准确查看火星的地貌。就其本身而言， Ingenuity 并不是火星探索任务的关键，但未来当漫游车无法满足探测需求时，直升机提供了另一种可能。

图 | Ingenuity 直升机渲染图（来源：NASA）
事实上，这些新技术并不是 “毅力号” 火星任务的关键。正如文章开头所说，它最关键的使命是寻找生物迹象，同时为将火星土壤样本带回地球做准备。这可能需要 10 年才能实现。
探测器将钻入地面并收集 40 多份样本，未来 NASA 计划和欧洲航天局 ESA 合作执行一系列联合任务，最早可能在 2031 年将样本带回地球。
收集土壤样本并非易事。样品处理臂（SHA）由美国卫星图像兼机器人公司 Maxar 制造，负责控制钻探工作，并从地面上采集火星土壤的岩心。在火星苛刻的自然条件下，该机械臂需要承受从晚上的 - 73°C 到白天 20°C 的温度波动。
但最大的难点是，它必须克服火星尘埃的影响。样品处理臂位于火星车下方，会暴露在车轮卷入的大量灰尘中。在最糟糕的情况下，如果设计不当，或者运行中出现了意想不到的小问题，一粒微小的尘埃颗粒就足以让机械臂瘫痪。
现在， “毅力号” 的成功登陆令人激动，标志着它迈出了万里长征的第一步。未来，还有更多的挑战等待着它，科学家们期待着它能进一步揭开火星神秘的面纱。
与此同时，这也让我们更加期待中国 “天问一号” 数月后的登陆任务，预祝 “天问一号” 探测器上还没有名字的火星车也能成功登陆。
-End-

美国航天局|美国 NASA“毅力号”成功登陆火星，开启寻找生命之旅

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