“旅居者號”火星車

“好奇號”火星車在自拍

“毅力號”火星車效果圖

“天問一號”火星車

當我們還在仰望星空，以為火星遙不可及的時候，火星探測已經(jīng)走過了50多年的歷史。在40多次火星探測任務(wù)中，既有環(huán)繞火星的軌道器進行遙感探測，也有登陸火星表面的著陸器進行定點探測，還有4輛小車在火星表面巡視勘察。在各種類型的火星探測任務(wù)中，以火星車登陸火星毫無疑問是其中難度最大的，代表了當今火星探測的最高水準。

2020年，中國加入“探火”隊伍，發(fā)射“天問一號”火星探測器，這其中就有一輛中國人自主研制的火星車，計劃于2021年初登陸火星。

探路先鋒

2015年上映的科幻大片《火星救援》中，救了主角了馬克一命的火星車并非憑空捏造出來的，而是1996年發(fā)射升空，1997年7月4日登陸的火星車“旅居者號”。

“旅居者號”是火星探路者號（Mars Pathfinder）計劃的一部分。這是一輛小型火星車，僅10.6千克。展開后的火星車長65厘米，寬48厘米，高30厘米。因為個子太矮，它拍攝的照片總是仰視視角，火星上的石塊看起來都很奇怪，特別高大。

“旅居者號”的設(shè)計壽命只有一星期。它的上甲板鋪設(shè)了一層太陽能電池，所有的能量就來源于此，也無法將信號直接發(fā)送給地球，只能通過著陸器轉(zhuǎn)發(fā)才能與地球通信?！奥镁诱咛枴弊叩煤苈?，最快時也只有1厘米/秒。由于重量限制，“旅居者號”的探測設(shè)備也很簡單，只在火星車后部安裝了1個簡易的彩色攝像頭和1臺能譜儀。

作為第1代火星車，“旅居者號”雖然個子小，功能簡單，走得也不遠，但它卻為此后更復(fù)雜、功能更強大的火星車，擔當起了“探路先鋒”的重任。

火星馬拉松

“勇氣號”和“機遇號”是一對“雙胞胎”火星車，不僅外形長得一模一樣，連攜帶的探測設(shè)備也完全相同，分別于2003年6月10日和7月7日前后腳發(fā)射，2004年1月4日和1月25日先后登陸火星。

作為第2代火星車，勇氣號和機遇號各重170千克，是索杰娜的16倍。而且，它們的個子也要高得多，桅桿上的單色導(dǎo)航相機的視場更寬廣，拍到的照片讓地球上的工作人員看起來就像身臨其境，可以更方便地操控火星車。

車身重了，可以攜帶的儀器設(shè)備也就多了。作為機器人“地質(zhì)學家”，勇氣號和機遇號的主要目的，是分析巖石的物理特性、化學成分和礦物組成。

令人驚喜的是，作為一款低成本航天器，勇氣號和機遇號當初的設(shè)計壽命只有短短3個月。但是，它們的表現(xiàn)遠遠超過了人們的預(yù)期。勇氣號運行至2010年，工作了6年多，跑了7.7千米。機遇號一直運行至2018年，工作了整整15年，是設(shè)計壽命的近60倍。而且，機遇號還是宇宙“馬拉松”比賽的冠軍，它總計跑了45.16千米，超過一個全程馬拉松的長度。

科學實驗室

好奇號是第三代火星車，更重、更大，功能也更強大。它的外形大小與一輛私人轎車差不多，重約900千克，相當于勇氣號或機遇號的5倍。

好奇號沒有太陽能電池板，是第一輛沒有“翅膀”的火星車，它采用同位素溫差發(fā)電機，通過放射性元素的衰變進行發(fā)電。由于不再受到太陽光的約束，登陸點的選擇范圍更寬，只要在南北緯60°以內(nèi)，海拔1千米以上的區(qū)域都可以選擇。

好奇號的設(shè)計壽命為2年，但自2012年8月登陸至今，始終狀態(tài)良好，是唯一仍在正常運行的火星車。雖然好奇號走得很慢，最快的時候也不到1厘米/秒。但經(jīng)過長途跋涉，目前已經(jīng)行駛了22千米。

好奇號火星車上配備了9臺科學儀器和1個火星環(huán)境探測包，光是相機就有3臺。它的機械臂功能強大，能抓、能鏟、能鉆探，還能研磨、篩選，把研磨后的樣品轉(zhuǎn)移到測試盒，添加化學試劑，進行加熱，測量光譜數(shù)據(jù)，得到顯微圖像。因此，地球上普通巖礦實驗室能完成的常規(guī)分析任務(wù)，好奇號都能獨立完成，就像把一個功能完整的實驗室，搬到了火星上。

中國來了

2020年的夏天，是每隔26個月一次的火星發(fā)射窗口，將有多個探測器奔赴火星。

美國人自然不會錯過，他們計劃啟用另一臺空中吊車，攜帶另一輛火星車登陸火星。與之前主要用來找水的火星車不同的是，這輛火星車的探測重點，是尋找那些與生命有關(guān)的標志物，回答火星上究竟是否有過生命。這輛火星車被命名為“毅力號”（Perseverance）。

“天問一號”是中國繼探月工程之后，首次開啟行星探測的大幕，踏出自主探測火星的第一步。中國是火星探測的后來者，但后來不代表落后。

經(jīng)過半年多的飛行，天問一號計劃于2021年初抵達火星，然后擇機釋放著巡組合體，進入火星大氣層，實現(xiàn)登陸火星。“天問一號”的巡視器（火星車）將在探測器到達約2-3個月后，在火星表面進行軟著陸，候選著陸點為烏托邦平原（Utopia Planitia）。

“天問一號”火星車搭載了地形地貌的導(dǎo)航相機，還有探測火星土壤結(jié)構(gòu)和水兵的探地雷達和火星表面成分分析測試儀和多光譜相機，以及火星表面磁場探測的探測儀和火星氣象測量儀，可探測著陸區(qū)的流水地貌、火山地貌、風蝕地貌、撞擊坑地貌，分析表面物質(zhì)的成分，并測量氣象參數(shù)，探測地下結(jié)構(gòu)。如果一切順利，明年2月份我國的火星車將可以預(yù)報火星天氣。

火星上這輛源自中國的小車，承載了中國人對紅色星球的夢想，它將讓中國人從火星探測看臺上的觀眾，成為航天競技場上的一位選手。

（作者系中國科學院國家天文臺研究員，微博@火星叔叔鄭永春）


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