好奇号如何将我们“带上”火星?

大约几年之前,我们在另一个星球----火星的表面上,成功降落了一个2吨重的SUV(Sports Utility Vehicle, 多功能车)在火星表面。这是我们用漫游器拍下的最早照片之一,是面朝着夏普山(Mount Sharp)方向的。对我来说,看到这幅照片的时候,我激动地几乎要哽咽落泪。为什么我们要探测火星?为什么我们要探测其它的星球呢?部分原因是为了了解我们自己居住的地球。那么我们拥有的是什么样的环境呢?

好奇号如何将我们“带上”火星?

我们居住在一个神奇的星球---地球上,不过,火星在很多方面和它相似。首先,它们的大小就差不多。再者,白天的时候,火星上的气温可以高达70华氏度(约21℃)。所以,火星和地球很相似。但与此同时,你也知道,这是一片荒芜贫瘠的大陆,你看不到任何树木,看不到仙人掌生长,也看不到类似的生命迹象。因此,今天我将会告诉你们我们是如何从地球到达火星,还有为什么这个项目真的很酷。

好奇号如何将我们“带上”火星?

我们最早是从一张白纸开始的。我们从之前2004年的任务---勇气号和机会号的探险中得知,火星上曾经是有水的,但是,下一步要探测什么呢?我们想从一个更基础的角度来研究生命存在的原因,并了解相关的知识和理论。因此我们需要大量的仪器。要把那种在地球上用整个房间才能装下的实验室设备装进一个很小的车厢里。我们所做的是把这些全都缩小到和我差不多重的程度,然后装进这个漫游器里,漫游器的重量和你们开的车差不多重。

好奇号如何将我们“带上”火星?

现在,这个漫游器已经在火星表面上了,但它实在是太重了,因此给我们带来了一个特殊的挑战----如何让这些仪器相互配合、正常运作。我们检查了手边的工具,有哪一种材料是能在火星上着陆的呢?一种方法是使用安全气囊。我们以前也用过,安全气囊非常赞,它的缓冲效果很好。但你无法把人塞进安全气囊里,因为他们会被压扁。

不过,安全气囊有个问题,就是你现在所看到的这个帮助小型漫游器着陆的安全气囊,大约有400磅重,整个漫游器,大概有这个教室这么大。你可以想像一下安全气囊的大小,它需要帮助一个2吨重的漫游器在火星上着陆。因此安全气囊必须得用很可能今天都不存在的材料制成,所以我们就需要开发一种特殊材料,而且还不一定能成功。

好奇号如何将我们“带上”火星?

那么,用火箭如何呢?这是我们喜欢的一种方式。你们都在电影和其它地方看到过火箭船着陆的镜头吧,所有的火箭都在最下层,这是一个很棒的主意。如果火箭很轻的话,运作起来就非常完美。但问题是,这些火箭必须非常坚固,才能确实保证你平稳地在火星上着陆。因此,这些必须非常强劲的火箭,有可能会在表面砸出一个洞,让你降落在这个洞里,却没办法跑到洞外面去。所以,这并不是最佳方案。

如果我可以做到移动这些火箭呢?这就是我们想到的另一种方案。这实际上是一个装有火箭发动机的喷气发动组件,我们称其为空中起重机。基本上是这样运作的:这台大火箭位于漫游器的顶端,当我们准备着陆时,火箭会盘旋在上空,然后我们会慢慢降低漫游器的高度。当漫游器着陆时,轮子部分首先碰到火星表面,这样,从好奇号降落在火星上的第一天起,就可以四处探测了。

好奇号如何将我们“带上”火星?

除此之外,你也知道,科学家们总是想去一些有趣的地方。上次的两个任务尽管非常棒,但是它们基本上都降落在类似于沙漠的平原上,并没有那么令人激动。我们都知道,地球上最激动人心的地方,是诸如大峡谷之类,对科学家来说,才是最令人激动的,因为你可以看到整个地质结构,在一个地方就可以一次性看到数千年的历史。我们希望能在火星上着陆到类似的地方,一些很特别的地方,最好有那种火山口壁,有已经挖好的山洞,有拔地而起的山丘。

不过这里有个问题,如果采用旧系统,你就可能会降落在山的另一边,这样好奇号可能会沿着山脉滚下来,也可能降落在悬崖峭壁上,火山口的内侧,或一块巨石上。所以我们需要一种技术,能帮助我们着陆到一个很小的地方,这就是我们从阿波罗号获得的这个小小的导航图,摄于20世纪60年代。有了导航,好奇号就好像是有人在驾驶一样,况且最终它们也是要载人的,你不能不分地点地乱着陆,所以我们最后要准确无误地着陆在正中央。

好奇号如何将我们“带上”火星?

事实上,当我们实际操作时,是非常精确的。我们就像一个四分卫,朝着火星发球,或者像一个人在西雅图的四分卫,朝着在巨人体育馆里移动的接球手扔球。我们就是如此地精确,非常棒。但是只有一次机会,所以我们必须要设计一个可以架设、测试、运行的系统,这不仅仅是关于我们如何能到达火星的问题。如果只有一次机会,你如何保证一次就能成功?确保所有流程都能顺利进行?

我们去了一趟沙漠,开着车到处跑,做测试。用F-18进行飞行测试,确保雷达系统在高速下仍可正常工作,同时我们也测试了整个工作组,确保他们知道如何来操作。我们不希望因为我们发送的错误指令,而意外地错过了这次机会,只能无限期地等待下一次任务的来临。

好奇号如何将我们“带上”火星?

坐在那边的弗雷德做了很多这方面的工作之后,我们在这台要朝火星发射的火箭上安装整个系统,我们最终在火星上着陆了2000磅重的东西,但是在地球上起飞的时候,所有这些东西实际上大约只有1万磅重,包括燃料,太阳光射线和其它需要的所有东西。同时,需要再一次强调的是,我们是非常的精确,以至于正好降落在火星上的这个小点上。

与此同时,我们也要设计一个能运作的着陆系统。我告诉过你们其中的物理原理,现在再来回顾一下:光线从火星到地球要花14分钟,这意味着如果我尝试用操纵杆控制,我会一直有一个14分钟的提前,所以这样是行不通的。我们必须发挥所有的智慧、运用所有的知识来解决这点。我们所做的是,对好奇号植入了所有的这些管理程序和算法,告诉它这是我们希望你做的事情:从五倍于一颗飞行中的子弹的速度到一般婴儿的爬行的速度。

好奇号如何将我们“带上”火星?

都要在7分钟里完成,这也被称作“恐怖7分钟”,因为我紧张得快要吐出来了。但是今天我们已经到达火星表面了,这是我们在着陆几天之后拍摄的全景图之一,我认为这对我来说,是非常不可思议的,看这个地方,你可以看到大峡谷,看到自己居住的星球,你可以想象在火星表面上行走。所以,我们即将要做的,也是继续要做的,是去了解“为什么”:是什么使得火星如此特别,是什么使得地球更加特别,能让我们今天相聚在这里。

所以我们等待着,看好奇号将会把我们带向何方,它不仅仅载着我们制造的漫游器,还载着我们的探索精神。谢谢大家。

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. Eric Zhao- Ying Wang

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