2011年11月28日 星期一

美國新一代核動力火星車:『好奇號』發射成功!

接近地面,獨特的噴氣懸降系統啟動,拉起好奇號並隨後實現平穩著陸
11 月 27 日消息,美國宇航局的新一代火星探測器:火星科學實驗室(MSL,即『好奇』號火星車』已經於美國東部時間 10:05(台北時間 23:05)在卡納維拉爾角航太中心由一枚宇宙神 V 541 型大推力運載火箭成功發射升空,發射後 42 分 47 秒,測控信號顯示星箭分離成功,『好奇號』被成功送入飛向火星的軌道。接下來它將獨立踏上漫漫征程,直到明年 8 月份登陸火星表面。這一探測器重達 1 噸,是有史以來人類送往另一顆行星的最龐大,最複雜的設備。

光榮使命

好奇號在本質上就是一台先進的移動實驗室,美國宇航局對它寄予厚望,科學家們希望它能説明查明火星是否在地質歷史上曾經存在過可以讓微生物生存的宜居環境。為此,好奇號攜帶了大量迄今被送往另一顆行星表面的最先進設備,其科學載荷的重量超過了以往任何一次火星車載荷的 10 倍以上。它將使用機械臂從地面鏟挖土壤樣本,並使用鑽頭鑽入各類岩石內部取樣並送入其『車載』實驗室進行精密化驗。借助精確著陸技術,好奇號能得以在經過精心挑選的最具科學價值的地區降落。根據計畫,在其著陸後的 23 個月內, 它將對數十個樣本進行化驗。

核動力驅動

更大的載荷量對於科學家們來說當然是好事一樁。但是工程師們就犯難了:他們必須保證這輛大個子火星車能夠在火星表面形式足夠遠的距離抵達科學家們希望進行探查的地點,同時還要在火星漫天黃沙和極端低溫環境下保持『體溫』並為各種設備供電。它的前輩勇氣號正是由於太陽能帆板被沙塵覆蓋,又面臨火星嚴酷的冬季低溫環境而永遠無法蘇醒過來了。但是好奇號將可以應對這種情況:它是第一輛採用了『核動力驅動』的火星車。

具體而言,好奇號使用了由美國能源部提供的『多工放射性同位素熱電發生器』(MMRTG),其中裝有 4.8 公斤的放射性物質二氧化鈈用於能源供應。這並不是好奇號所使用的新技術,而是在過去 40 多年中早已被廣泛應用於行星際探測的成熟技術,如 1977 年升空的,現在已經飛到太陽系最邊緣的兩顆美國旅行者號探測器,以及 2006 年升空,飛往冥王星的『新地平線號』探測器等等,都使用了類似的核動力技術。採用核動力供電方式將讓火星車徹底擺脫對陽光的依賴,並大大延長其在火星表面的工作壽命。

創新型的懸降著陸系統

另一個讓工程師們苦惱的問題在於,好奇號重達 1 噸,而之前的勇氣號和機遇號火星車的重量僅有 170 公斤左右。2004 年,勇氣號和機遇號分別在火星的南北半球採用降落傘配合氣囊彈跳的方式成功登陸火星表面展開考察工作,其中的機遇號甚至工作至今。但是好奇號讓工程師們面臨完全不同的課題:它太重了,無法再使用氣囊彈跳的著陸技術,必須開發新的著陸方式。於是工程師們設計了一種噴氣式的,類似 UFO 一般的懸浮平臺,當進入火星大氣層時它和好奇號一起緊緊擠在隔熱罩內部,隨後降落傘打開進行減速,當接近地面上空時降落傘脫落,懸浮平臺啟動,下面掛著好奇號進行懸浮飛行,在這一過程中還可以進行最後的地形位置修正,隨後懸浮飛行器慢慢降低高度,輕輕地將好奇號安放在平坦的火星表面。

好奇號的有趣花絮

各位知道好奇號這個名字是怎麼來的嗎?其實這是一位華裔小女孩的主意。2009 年,美國宇航局面向全球公眾徵集下一輛火星車的名字。當時科學家們稱之為『火星科學實驗室』,即 MSL,但是這太死板了。宇航局需要給它取一個親切的名字。最後,在無數的建議中,一位來自美國堪薩斯州的 6 年級華裔小女孩克雷爾·馬(Clara Ma)提出的名字『好奇』得到了最高的呼聲而被選中。她也因此獲得美國宇航局的正式邀請前往宇航局噴氣推進實驗室(JPL)現場觀摩好奇號的組裝過程,並親筆在好奇號的身上簽下自己名字的殊榮。
為好奇號命名的華裔小女孩:克雷爾·馬
另外,為了進一步鼓勵公眾關心並參與美國的航太和天文探索專案,激發他們的興趣,宇航局還在其 Twitter 官方帳號上發起了一項報名參加發射現場推特微直播的活動,結果共有超過 1050 人線上註冊報名,最終有 150 名幸運兒在 26 日的發射當天受邀前往卡納維拉爾角發射現場觀看發射過程並通過各自的推特帳號向全世界現場直播。

火星上究竟有沒有生命?

水是生命之源,從很大程度上來說,人類在火星尋找生命的努力基本是圍繞著尋找水為主線展開的。那麼火星上究竟有沒有水呢?自從 19 世紀和 20 世紀初期火星運河傳言的熱潮發生之後,在以美國天文學家洛威爾為代表的一大批先驅的工作基礎上,我們對於火星的瞭解出現了大的飛躍,但是由於火星太過遙遠,直到上世紀 50 年代我們依舊對它知之甚少。

直到航太時代的到來,我們才第一次有能力去『抵近觀察』。自從 1964 年美國水手 4 號探測器首次成功飛掠火星並傳回 21 張圖像以來,迄今人類一共執行了大約 40 次火星探測任務,其中可以算取得完全成功的大約有 16 次。

在早期的探測計畫中,1964 年到 1971 年間,美國相繼成功執行水手 4 號、6 號、7 號和 9 號軌道探測任務,基本完成了對火星的全球觀測,並在 1975 年成功執行著名的『海盜』探測計畫,將兩艘裝備精良的探測器著陸在火星表面,這是人類首次成功著陸火星表面並正常工作的探測器。它們發回了人類獲取的首批火星地面圖像,並使用機械臂和精密實驗室設備對火星的地表土壤樣本進行了檢驗。海盜一號著陸器一直在火星表面工作到 1982 年 11 月份,而海盜 2 號著陸器也工作到了 1980 年 4 月份。他們的考察結果儘管後來認為存在爭議,但基本認為否定了火星上存在生命的可能性。

但是探測器也發現了大量不同尋常的現象,顯示火星過去,甚至現在還有水存在的跡象,包括明顯的沖刷痕跡,河床遺跡,霧氣和霜等等。1996 年,火星探路者抵達火星,首次採用火星車的形式展開考察,它和後來的探測專案,包括 2004 年的勇氣號和機遇號探測專案等等都找到了大量的地質學和礦物學證據證明火星上確實曾經存在大量的水。

這一次好奇號火星車將要考察的地點為蓋爾隕石坑,這也被地質學家們認為是一個古代的湖泊沉積場所,軌道衛星觀察已經在這裡發現了粘土礦物存在的線索,好奇號將抵達這裡展開詳細的考察。我們等待它的好消息。

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