NASA宣佈與“機遇號”分手:我們再找你“火星救援”時
2019年02月18日15:22

原標題:NASA宣佈與“機遇號”分手:我們再找你“火星救援”時

NASA在情人節當天宣佈與“機遇號”分手

  我們再找你“火星救援”時

“機遇號”拍攝的一塊岩石上有網狀裂縫,從外觀上看類似地球上的水乾涸後的裂泥。

2019年2月14日,在長達8個月的失聯後,火星探測車“機遇號”正式被美國國家航空航天局(NASA)宣佈結束任務。這台原定任務週期90天,實際工作長達15年的火星車終於結束了它的使命。

消息發佈後,大量天文愛好者在網上表達對“機遇號”的緬懷。自2004年登陸火星以來,“機遇號”和它的孿生兄弟“勇氣號”火星車取得了眾多重大發現,其中最為人熟知的便是在火星上發現了液態水存在的痕跡。

●南方日報駐京記者 泠汐 策劃統籌 鄭幼智 李江萍 本版照片均為資料圖片

前赴後繼的漫遊者

巡視器,又名漫遊車(Rover),指發射到火星、月球等天體上,具備自主運行和移動功能的太空探測器。在月球和火星上運行的巡視器,常常被稱作“月球車”和“火星車”。區別於環繞天體運行的軌道器和在天體地面固定運行的著陸器,這種探測器最大的優勢在於可移動,因此能在多個地點完成探測任務。

2004年1月,兩輛一模一樣的巡視器——“勇氣號”和“機遇號”火星車分別成功著陸火星,開始了探險之旅。火星車由車身安裝的太陽能板供電,原定觀測週期為92天,實際上兩輛火星車都大大超額完成任務。其中,“機遇號”正常工作了15年,累計行駛45.16公里,成為有史以來工作時間最長、行駛距離最遠的巡視器。

1970年11月17日,蘇聯發射了世界上第一輛無人駕駛、自主運行的月球車“月球1號”。“月球1號”利用自身攜帶的遙測系統、攝像系統,考察了月球雨海地區約8萬平方米的月面,將眾多寶貴的實驗數據傳回地球。

不願止步於月球探測的科學工作者們,將目光投向其它更遠的天體。上世紀70年代起,各國天文機構陸續向月球、金星、火星等天體發射了數十台著陸器和巡視器。在火星,由於技術不成熟等原因,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。

我國巡視器研製和生產時間較晚,2013年12月15日成功駛抵月球表面、預期服役3個月的“玉兔1號”,實際服役時間長達972天。2019年1月3日駛抵月球表面的“玉兔2號”如今剛剛進入月夜休眠模式,此前已在月球正常行駛約120米。

坎坷的科研之旅

由於巡視器自身攜帶精密儀器,在遠離人類家園的天體上長期自主運行,巡視器從發射入太空到執行任務都面臨重重考驗。為了保證巡視器不受損壞,將重達180千克、存在多處脆弱結構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之一。近年來,隨著科學工作者的經驗積累和技術不斷進步,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航天學博士毛新願介紹,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,在探測器進入大氣層後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,並開啟測距雷達等待精確著陸的時機。

離地面距離適當後,第一類方案直接使用著陸器攜帶的反衝火箭反推減速,這要求探測器自身攜帶較大的燃料罐和火箭系統。該方案最安全,可讓質量很大的探測器成功著陸,但由於重量很大的火箭系統在登陸後就失去價值,且該系統裝在探測器底部無法脫離,這種方案不適合強調移動性能的巡視器。

第二類方案是將探測器分成兩部分,一部分攜帶反衝火箭和燃料罐,另一部分是包裹在巨大氣囊中的巡視器。火箭反推減速後,連接兩部分的繩索使巡視器和反推火箭系統分離,氣囊部分迅速充氣,繩索斷裂後氣囊落下,在地面多次彈跳後穩定下來再駛出巡視器。該方案的缺陷在於,由於氣囊的緩衝能力有限,巡視器的科研設備和重量都受到了限製。

第三類方案將巡視器用繩索懸掛於一台裝有強力火箭的“空中吊車”上,待巡視器接觸地表後,繩索瞬間切斷,“空中吊車”迅速駛離並在附近墜毀。該方案是所有方案中技術難度最高的,但依然存在質量上限,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衝火箭將“嫦娥三號”“嫦娥四號”著陸器安全著陸,之後著陸器掛載的巡視器再駛向月球表面。

技術帶來的無限可能

“機遇號”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支持?毛新願介紹,火星和月球的環境特徵各有不同,需要攻克的技術難點也不相同。

巡視器在火星登陸,需要攻克的主要技術難點之一是距離。在火星登陸探測器,需要尋找一個登陸“窗口期”,這是由於火星離地球過於遙遠,一次從地球到火星的星際旅行需要長達200天以上。為了最大化地節省資源,需要等到火星在軌道上運行至接近地球的時機再發射火箭,而這個機會每26個月才有一次。

此外,由於火星離地球過遠,地球和火星之間的通信面臨數分鍾到20餘分鍾的延遲,這導致要著陸在火星的探測器必須自主完成整個著陸流程,無法獲得人工實時操縱。在7分鍾左右的時間里,一台探測器需要自主完成上千個操作,其難度可想而知。

對比火星登陸,由於地月距離很近,在月球的探測器可隨時從地球發射,環繞在月球軌道擇機登陸。但月球登陸的難點主要在於“潮汐鎖定”。“潮汐鎖定”指作為衛星的月球引力受地球影響,導致其自轉一次大約需要一個月時間,且月球永遠只以一面面向地球。

2月13日,月球背面的“玉兔2號”再次進入月夜休眠期。由於巡視器大多以太陽能板供電,長達14天的月夜時間里,巡視器只能選擇休眠,如何保證休眠後能夠再次運行,是巡視器登陸月球後面臨的一大難點。此外,在月背登陸的“玉兔2號”,由於永遠背向地球,無法同地球直接建立通信,必須通過地月中繼衛星“鵲橋號”“傳話”,成為此次“玉兔2號”在月背工作的另一難點。

毛新願介紹,巡視器經過數十年的發展,各項技術都有了全方位的提升。以火星為例,上世紀70年代蘇聯在火星南部著陸的數台探測器全部失敗了,其中不僅有技術落後的原因,火星南部地形複雜也是探測器著陸須要克服的困難。如今,“玉兔2號”能夠在同樣複雜的月背南極—艾特肯盆地實現登陸,正反映了技術的不斷進步給人類帶來無限可能性。

漫漫“回家”路

“機遇號”退役吸引大量關注,擬人化有不小的功勞。巡視器因自成一體、可自主行動,近年來被人冠以姓名擬人化,吸引了除科學工作者、天文愛好者之外更多人的注意。我國研發的“玉兔1號”“玉兔2號”在執行任務期間,都以擬人化形式在社交平台發佈信息,獲得不少人的青睞。

2月12日,科學記者雅各布·馬戈利斯將“機遇號”失聯前發佈的最後一組信息,用擬人化的方式轉寫為“我快沒電了,這裏也越來越暗了”,被網友們大量轉發。“我們還能否再見到‘機遇號’?”“誰來帶‘機遇號’回家?”網友們紛紛留言。

全程參與設計建造“機遇號”和“勇氣號”的科學家史蒂文·斯奎爾斯在接受採訪時曾坦言,設計“機遇號”時就把火星當成它最終的歸宿,“火星就是它的家,是我想讓他駐留的地方。”

一些感性的網友則設想在未來火星移民後,能夠根據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,目前的技術水平並不允許人類將火星上的任何物質帶離火星大氣層,更遑論重百餘千克的巡視器了。

不過,將巡視器獲取的太空物質帶回地球並非天馬行空,還有相當的科學價值。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,巡視器的任務之一就是輔助主探測器完成採集、保存岩石樣本,並計劃於2020年返回地球。而美國亦宣佈了將火星表面樣本帶回地球的計劃。

毛新願介紹,相比於探測器上的科學儀器,地球的研究機構能夠分析到更多資料,因此採集樣本回歸地球,將成為未來巡視器需要擔當的一項重要使命。也許隨著技術的不斷進步,人類最終也能將這些太空“英雄”帶回故鄉。

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