美国毅力号着陆火星,还带去1093万个地球人的名字

本文来自微信民众号:腾讯太空(ID:qqtaikong),作者:乔辉,原文题目:《耗资27亿美元,美国又一辆核动力火星车乐成着陆,还带了一架直升机》,题图来自:视觉中国


动画模拟毅力号上岸火星全程

据美国宇航局网站新闻,北京时间2021年2月19日破晓4点55分左右,毅力号火星车乐成在火星着陆,这是继今年2月10日阿联酋的希望号探测器和中国的天问一号探测器抵达火星后,又一抵达火星的探测器。据悉,这是迄今为止人类造价最贵的火星车,耗资达27亿美元。

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图注:下降伍毅力号传回的首张照片,确认着陆乐成

其中,阿联酋的希望号探测器只是一颗火星人造卫星,中国的天问一号现在仍然驻留在火星轨道,预计今年5月份择机下降火星。毅力号抵达火星后,则选择了直接下降火星的方式。

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早在2012年,美国宇航局的好奇号火星车曾经在火星乐成着陆,毅力号可看作好奇号的升级版,两者接纳了相同的基本架构和下降方式,而且都接纳核动力作为在火星外面的前进动力,有关太空探索的核电池手艺,我们在下文详解。

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此外,毅力号还携带了一架小型火星直升机,直升机重1.8公斤,高0.5米,螺旋桨直径1.2米,由两个反向旋转的螺旋桨提供升力,功率350瓦。这架小直升机靠顶部的太阳能板举行充电,电能储存在锂离子电池中。充电一天,也许能够航行90秒!

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图注:好奇号火星车(左)和毅力号火星车(右)(艺术图)

一、酷炫的下降方式:空中吊车手艺

毅力号火星车和一辆小轿车差不多,长3米、宽2.7米、高2.2米、质量约1吨,比好奇号火星车还要重一些,也是人类现在最重的火星探测器。虽然火星的外面引力只有地球的三分之一,然则把云云伟大的火星车平安投放到火星外面,不得不接纳异常规的手艺方案。

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图注:毅力号进入火星大气层刹车减速全历程

这几年,人人对嫦娥三号、嫦娥四号和嫦娥五号在月面着陆的历程对照熟悉,这些月球探测器均接纳火箭反推悬停下降的方式举行下降,火箭和着陆平台在下面,载荷在上面。

据悉,我国的天问一号也将接纳火箭反推的方式下降火星。但对于质量达1吨的毅力号来讲,这种着陆方式就不适合了,而是接纳一种叫做“空中吊车”的手艺(sky crane),这种手艺方案首先在此前的好奇号火星车用过。

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图注:科学家在用模子展示好奇号的空中吊车着陆方式,与毅力号的下降方式如出一辙

着陆器分为两个部门:上面是一个拥有八个反推火箭的空中吊车,下面悬挂着毅力号火星车。当着陆器进入火星大气,在防热罩和下降伞的作用下连续减速,在着陆火星的最后阶段,空中吊车启动发动机,进一步降低速率。在距离火星外面一定距离的时刻,空中吊车释放火星车,空中吊车用三根尼龙绳和一根线缆与火星车相连。当火星车接触到地面后,空中吊车完成使命,切断尼龙绳和线缆,独自飞走坠毁。下面我们看一下详细的剖析步骤。

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图注:探测器来到火星四周

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图注:着陆器最先接触火星大气

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图注:着陆器履历玄色七分钟

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图注:下降伞打开

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图注:空中吊车焚烧

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图注:空中吊车释放毅力号火星车

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图注:使命完成,空中吊车飞到远处自毁

二、毅力号火星车的上岸地点在那里?

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图注:绿色椭圆是毅力号预定的下降区域,位于撞击坑边缘靠近远古河流入口的地方。(泉源:NASA)

毅力号将下降在火星的北纬18度,西经77度,一个名叫杰泽罗撞击坑(Jezero Crater)的地方。这个撞击坑直径49公里,在远古时期曾经充满了水,内里富含沉积的黏土。毅力号火星车选择在这里着陆,就是为了寻找沉积物中可能存在过生命的痕迹。

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图注:动图演示杰泽罗撞击坑的演化历史

异常有趣的是,曾经有一条河流流入这个远古湖泊,在河流的入口处形成了一个三角洲。毅力号的着陆局限就笼罩在三角洲地带。

三、毅力号火星车携带了哪些主要科学仪器?

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图注:毅力号火星车携带的七大科学仪器(泉源:NASA)

1. Mastcam-Z:这是位于桅杆上的变焦全景相机,能够发生高清晰的全景和立体图像;能够判定火星外面岩石的身分,还能够辅助火星车行进。消耗功率约莫17.4瓦。

2. SuperCam:这是一台激光超距剖析仪,能够远距离行使高清相机、激光和光谱仪对火星上的岩石和土壤身分举行剖析。消耗功率约莫17.9瓦。

3. PIXL:这是X射线光谱仪,能够行使矿物对X射线发生荧光的原理举行加倍正确的剖析。装配有微距相机,能够看清异常细小的火星沙粒。消耗功率约莫25瓦。

4. SHERLOC:这是紫外光谱仪,能够行使紫外激光对矿物和有机物质举行剖析,这将是火星上第一个紫外拉曼光谱仪。这台仪器上还安装有一台高分辨率的彩色相机。消耗总功率约莫48.8瓦。

5. MOXIE:我们知道,火星大气中二氧化碳占95%。这台仪器将举行一项异常主要的实验,那就是通过化学反应从火星大气的二氧化碳中制取氧气。有了氧气,不只可以供未来上岸火星的宇航员呼吸使用,而且氧照样火箭的推进剂。这台仪器消耗功率约300瓦。

6. MEDA:相当于移动气象站,能够对火星大气的温度、气压、风速、风向、相对湿度以及沙尘的巨细和形状举行纪录。消耗功率约17瓦。

7. RIMFAX:这是雷达探测仪,这台仪器是行使雷达对火星外面之下的地质结构举行探测,能够到达厘米级别的分辨率。消耗功率约5瓦至10瓦。

四、毅力号火星车有哪些要害的科学目的?

1. 寻找远古火星存在过生命的痕迹。

2. 网络岩石和土壤样本,为未来的火星采样返回做准备。

3. 探索着陆区域的地质多样性。

4. 为未来的火星义务验证新手艺。


注释:毅力号火星车在采集火星岩石样本(动画模拟)

五、飞翔在火星天空的首架人类直升机

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美国宇航局的本次火星义务,异常具有创新性的一点是,除了高峻上的毅力号火星车之外,另有异常灵巧可爱的火星无人机。

这架名为小灵巧的直升机重仅为1.8公斤,高0.5米,螺旋桨直径1.2米,由两个反向旋转的螺旋桨提供升力,功率350瓦。

虽然火星的外面引力只有地球的三分之一,从这点看有利于航行器航行,然则火星的气压只有地球气压的1%,空气异常稀薄,因此要求螺旋桨转动加倍快速才行。小灵巧直升机螺旋桨旋转角速率可达2400转每分钟。水平移动的速率为10米每秒,爬升速率为3米每秒。


注释:毅力号释放火星直升机(动画模拟)

这架小直升机靠顶部的太阳能板举行充电,电能储存在锂离子电池中。充电一天,也许能够航行90秒!安装有一个彩色相机和一个是非相机。

这架直升机无法直接和地球联络,要通过毅力号举行信息接力传输,因此,不能飞离毅力号太远,最远航程仅300米,最远通讯距离为1公里。

实在,本次火星直升机项目主要是为了举行手艺验证,并没有赋予太多义务使命。火星直升机比轨道上的人造卫星分辨率更高,而且比火星车加倍天真,机动性更强。一旦航行乐成,将为未来火星探测增添了全新的方式。

六、不依赖阳光的核能发电装置

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图注:RTG中使用的是二氧钚(钚-238),放射性衰变使其变得异常炽热(左)。1945年美国投掷到日本长崎的原子弹升起的蘑菇云(右),该原子弹的代号为“胖子”,使用的核燃料为钚-239

虽然太阳能动力也可以在火星上事情,但有时刻会遇到问题。当火星上起沙尘暴的时刻,火星灰尘会遮挡90%的太阳光,灰尘也会笼罩电池板。毅力号火星车重约1000公斤,是一辆较大的火星车,巨细犹如一辆小型汽车。它上面搭载有数台高能耗仪器,以是它的能量需求很高,因此依赖太阳能发电不能知足用电需求。

毅力号火星车使用的是“放射性同位素热发电机”(Radioisotope Thermoelectric Generator,缩写为RTG)提供电能。其原理是,通过热电偶装置把放射性同位素钚-238衰变发生的热直接转换为直流电来提供火星车的行驶和各项仪器装备使用。

人造同位素钚-238的半衰期仅为88年,这意味着它的放射性衰减之快可以让它异常炽热。钚-238释放的是阿尔法射线,很容易被阻挡,这种物质不能用于核弹。RTG没有流动的部件,以是很可靠,而且放射性质料能够连续发烧很多年。RTG除了用于为毅力号供电之外,余热还能为毅力号的种种仪器以及自身供暖。

毅力号使用的RTG装置是昔时好奇号火星车的备用产物,重量约45公斤,内里封存有4.8公斤的二氧化钚。当电力需求低谷的时刻,RTG就给两块锂离子电池充电,以备用电需求增添的时刻使用。随着放射性元素的不停衰变,输出功率会越来越低,但毅力号上的RTG使用寿命至少可达14年。

实在,这种行使核能的方式并不是太新鲜的科技。昔时阿波罗登月时代,就使用过这种发电装置。

对于那些飞往火星之外的探测器,使用核能几乎是唯一的选择。赫赫有名的旅行者1号探测器、旅行者2号探测器、先驱者10号探测器、先驱者11号探测器以及飞掠冥王星的新视野探测器,都是接纳RTG供电。

除此之外,探测木星的伽利略探测器、探测土星的卡西尼探测器也都是行使的RTG供电。唯一的破例是朱诺号木星探测器,朱诺号接纳的是异常伟大的太阳能板供电,据说是由于昔时用于RTG的钚238贮备不足,不得已而接纳权宜之计。

七、1093万个地球人名字飞往火星

为了唤起民众对这次火星义务的注重,遵照老例,美国宇航局开展了“发送你的名字到火星”的流动,通过网络向全世界征集,最终征集了10932295个名字。值得注重的是,这些名字不是以二进制的形式存放在内存里,而是用电子束镌刻的方式刻在三块指甲盖巨细的硅片上。

美国毅力号着陆火星,还带去1093万个地球人的名字

图注:1093万个地球人名不是以二进制的形式存放在内存里,而是用电子束镌刻的方式刻在三块指甲盖巨细的硅片上(红圈部门)

这种流动,美国宇航局已经举行过多次,每当有深空探测义务的时刻,往往都市通过网络征集名字。最近的一次是2018年洞察号火星车发射的时刻,同样征集过一波,那次网络的人名数目约莫有240万。2011年好奇号火星车发射的时刻,征集到的人名数目才100多万。

美国毅力号着陆火星,还带去1093万个地球人的名字

图注:这是本文作者上传到毅力号火星车上名字后,返回的纪念票

八、人类探测火星的主要意义是什么?

美国毅力号着陆火星,还带去1093万个地球人的名字

火星是太阳系内与地球环境最接近的行星,有稀薄的大气层,气压为地球的1%,局部最高温度甚至可达35摄氏度,固然平均温度照样对照低的,只有零下63摄氏度。此外,还封存有大量冷冻状态的水。

因此,在未来,火星几乎是唯一存在移民可能性的行星。另外,火星还可能存在像微生物这种低等生命的可能性。这也是世界各国热衷探索火星的主要原因。

本文来自微信民众号:腾讯太空(ID:qqtaikong),作者:乔辉

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