好奇號如何將我們“帶上”火星?

大約幾年之前,我們在另一個星球----火星的表面上,成功降落了一個2噸重的SUV(Sports Utility Vehicle, 多功能車)在火星表面。這是我們用漫遊器拍下的最早照片之一,是面朝著夏普山(Mount Sharp)方向的。對我來說,看到這幅照片的時候,我激動地幾乎要哽咽落淚。為什麼我們要探測火星?為什麼我們要探測其它的星球呢?部分原因是為了瞭解我們自己居住的地球。那麼我們擁有的是什麼樣的環境呢?

好奇號如何將我們“帶上”火星?

我們居住在一個神奇的星球---地球上,不過,火星在很多方面和它相似。首先,它們的大小就差不多。再者,白天的時候,火星上的氣溫可以高達70華氏度(約21℃)。所以,火星和地球很相似。但與此同時,你也知道,這是一片荒蕪貧瘠的大陸,你看不到任何樹木,看不到仙人掌生長,也看不到類似的生命跡象。因此,今天我將會告訴你們我們是如何從地球到達火星,還有為什麼這個項目真的很酷。

好奇號如何將我們“帶上”火星?

我們最早是從一張白紙開始的。我們從之前2004年的任務---勇氣號和機會號的探險中得知,火星上曾經是有水的,但是,下一步要探測什麼呢?我們想從一個更基礎的角度來研究生命存在的原因,並瞭解相關的知識和理論。因此我們需要大量的儀器。要把那種在地球上用整個房間才能裝下的實驗室設備裝進一個很小的車廂裡。我們所做的是把這些全都縮小到和我差不多重的程度,然後裝進這個漫遊器裡,漫遊器的重量和你們開的車差不多重。

好奇號如何將我們“帶上”火星?

現在,這個漫遊器已經在火星表面上了,但它實在是太重了,因此給我們帶來了一個特殊的挑戰----如何讓這些儀器相互配合、正常運作。我們檢查了手邊的工具,有哪一種材料是能在火星上著陸的呢?一種方法是使用安全氣囊。我們以前也用過,安全氣囊非常贊,它的緩衝效果很好。但你無法把人塞進安全氣囊裡,因為他們會被壓扁。

不過,安全氣囊有個問題,就是你現在所看到的這個幫助小型漫遊器著陸的安全氣囊,大約有400磅重,整個漫遊器,大概有這個教室這麼大。你可以想像一下安全氣囊的大小,它需要幫助一個2噸重的漫遊器在火星上著陸。因此安全氣囊必須得用很可能今天都不存在的材料製成,所以我們就需要開發一種特殊材料,而且還不一定能成功。

好奇號如何將我們“帶上”火星?

那麼,用火箭如何呢?這是我們喜歡的一種方式。你們都在電影和其它地方看到過火箭船著陸的鏡頭吧,所有的火箭都在最下層,這是一個很棒的主意。如果火箭很輕的話,運作起來就非常完美。但問題是,這些火箭必須非常堅固,才能確實保證你平穩地在火星上著陸。因此,這些必須非常強勁的火箭,有可能會在表面砸出一個洞,讓你降落在這個洞裡,卻沒辦法跑到洞外面去。所以,這並不是最佳方案。

如果我可以做到移動這些火箭呢?這就是我們想到的另一種方案。這實際上是一個裝有火箭發動機的噴氣發動組件,我們稱其為空中起重機。基本上是這樣運作的:這臺大火箭位於漫遊器的頂端,當我們準備著陸時,火箭會盤旋在上空,然後我們會慢慢降低漫遊器的高度。當漫遊器著陸時,輪子部分首先碰到火星表面,這樣,從好奇號降落在火星上的第一天起,就可以四處探測了。

好奇號如何將我們“帶上”火星?

除此之外,你也知道,科學家們總是想去一些有趣的地方。上次的兩個任務儘管非常棒,但是它們基本上都降落在類似於沙漠的平原上,並沒有那麼令人激動。我們都知道,地球上最激動人心的地方,是諸如大峽谷之類,對科學家來說,才是最令人激動的,因為你可以看到整個地質結構,在一個地方就可以一次性看到數千年的歷史。我們希望能在火星上著陸到類似的地方,一些很特別的地方,最好有那種火山口壁,有已經挖好的山洞,有拔地而起的山丘。

不過這裡有個問題,如果採用舊系統,你就可能會降落在山的另一邊,這樣好奇號可能會沿著山脈滾下來,也可能降落在懸崖峭壁上,火山口的內側,或一塊巨石上。所以我們需要一種技術,能幫助我們著陸到一個很小的地方,這就是我們從阿波羅號獲得的這個小小的導航圖,攝於20世紀60年代。有了導航,好奇號就好像是有人在駕駛一樣,況且最終它們也是要載人的,你不能不分地點地亂著陸,所以我們最後要準確無誤地著陸在正中央。

好奇號如何將我們“帶上”火星?

事實上,當我們實際操作時,是非常精確的。我們就像一個四分衛,朝著火星發球,或者像一個人在西雅圖的四分衛,朝著在巨人體育館裡移動的接球手扔球。我們就是如此地精確,非常棒。但是隻有一次機會,所以我們必須要設計一個可以架設、測試、運行的系統,這不僅僅是關於我們如何能到達火星的問題。如果只有一次機會,你如何保證一次就能成功?確保所有流程都能順利進行?

我們去了一趟沙漠,開著車到處跑,做測試。用F-18進行飛行測試,確保雷達系統在高速下仍可正常工作,同時我們也測試了整個工作組,確保他們知道如何來操作。我們不希望因為我們發送的錯誤指令,而意外地錯過了這次機會,只能無限期地等待下一次任務的來臨。

好奇號如何將我們“帶上”火星?

坐在那邊的弗雷德做了很多這方面的工作之後,我們在這臺要朝火星發射的火箭上安裝整個系統,我們最終在火星上著陸了2000磅重的東西,但是在地球上起飛的時候,所有這些東西實際上大約只有1萬磅重,包括燃料,太陽光射線和其它需要的所有東西。同時,需要再一次強調的是,我們是非常的精確,以至於正好降落在火星上的這個小點上。

與此同時,我們也要設計一個能運作的著陸系統。我告訴過你們其中的物理原理,現在再來回顧一下:光線從火星到地球要花14分鐘,這意味著如果我嘗試用操縱桿控制,我會一直有一個14分鐘的提前,所以這樣是行不通的。我們必須發揮所有的智慧、運用所有的知識來解決這點。我們所做的是,對好奇號植入了所有的這些管理程序和算法,告訴它這是我們希望你做的事情:從五倍於一顆飛行中的子彈的速度到一般嬰兒的爬行的速度。

好奇號如何將我們“帶上”火星?

都要在7分鐘裡完成,這也被稱作“恐怖7分鐘”,因為我緊張得快要吐出來了。但是今天我們已經到達火星表面了,這是我們在著陸幾天之後拍攝的全景圖之一,我認為這對我來說,是非常不可思議的,看這個地方,你可以看到大峽谷,看到自己居住的星球,你可以想象在火星表面上行走。所以,我們即將要做的,也是繼續要做的,是去了解“為什麼”:是什麼使得火星如此特別,是什麼使得地球更加特別,能讓我們今天相聚在這裡。

所以我們等待著,看好奇號將會把我們帶向何方,它不僅僅載著我們製造的漫遊器,還載著我們的探索精神。謝謝大家。

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. Eric Zhao- Ying Wang

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