NASA毅力號火星車發射！美國56年來首探火星生命，2020火星三傑齊了

智東西（公衆號：zhidxcom） 編 | 信儀

智東西7月30日消息，北京時間今日19時50分（美國東部時間7時50分），搭載NASA毅力號（Perseverance）火星車的Atlas V-541火箭發射升空！

▲搭載NASA毅力號火星車的Atlas V-541火箭發射升空

在此之前毅力號其實早已“蠢蠢欲動”，但奈何在運載火箭測試環節問題頻出，NASA不得不將毅力號的 發射時間三度推遲 ，導致美國這次沒趕上發射時間上的“第一”，而是壓了個“大軸”。 儘管毅力號出發得最晚，但它的技術積累確是最深厚的。

▲Atlas V-541火箭上搭載攝像機視野發射圖像

北京時間7月20日凌晨5時58分14秒，阿聯酋希望號火星軌道器發射升空。

北京時間7月23日12時41分，中國天問一號火星探測器發射升空。

▲阿聯酋希望號（左1）中國天問一號（右1）

自此，選擇在今年7~8月火星探測器發射窗口期“扎堆”發射探測器的三個國家的發射任務都圓滿啓動。我們期待中國、美國、阿聯酋三國的火星探測器都可以成功抵達火星，在這顆紅色星球周圍“相聚”。

如果美國這次任務順利進行的話，毅力號火星車從美國佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地的發射臺出發，將經歷長達7個多月的旅程，到達火星上的傑澤羅隕石坑（Jezero Crater, Mars）着陸， 執行美國的第 9 次火星着陸任務 。

這次任務與之前不同， 目的是爲了精確探索火星生命 ，這次NASA瞄準了火星上的微生物樣本，準備進行一次火星生命“地毯式搜索”。

▲發射前拍攝的位於卡納維拉爾角空軍基地的發射臺

之所以選擇傑澤羅隕石坑着陸，是因爲美國曾通過此前的火星探測器發回的信息顯示，傑澤羅隕石坑大約有45公里寬，坐落在伊希地平原的西側，那是一個火星赤道以北的巨大盆地，由一次遙遠的隕石撞擊火星表面造就， 這裏極有可能存在過火星微生物 。

美國計劃毅力號執行任務的時間也是至少一個火星年（約687個地球日），毅力號將在白天工作、夜晚休息，這次主要的任務是通過自身攜帶的設備尋找形成於35億年前的火星三角洲上的古代微生物生命跡象，如果有可能的話，毅力號還將通過自身攜帶的小火箭將火星樣本送回地球，供科學家們將樣本帶回實驗室研究。

▲傑澤羅隕石坑

這張俯視圖由軌道上拍攝的NASA圖片製成，藍色圓圈表示的是火星車將要着陸的區域，圖片中心的弧形山丘高約1600英尺，是傑澤羅隕石坑的邊緣部分。

從1964年至今，美國人探索火星已多達56個年頭，而這次發射的毅力號爲了探測火星生命，與先前部署在火星上的8臺火星車有何不同？NASA又是如何通過毅力號搜尋火星曆史上存在微生物痕跡的？我們一起來看。

一、毅力號衝向太空爲探測火星生命

火箭發射的威力總是巨大的，Atlas V的DR-180主引擎和4個固體助推器點火產生了1020萬牛頓（230萬磅）的推力，將火箭發射升空。

▲NASA火星車發射簡要流程動畫

在起飛後不久，火箭會開始改變行駛角度，以進入正確的飛行路線，同時最大程度減少飛行中的動態阻力。

據悉，有着18年“飛齡”的美國老牌火箭Atlas V-541（阿特拉斯5號）此前曾執行過6次發射任務，其中一次就是在2011年11月26日發射好奇號火星車，此外它還曾發射過3顆美國國家安全衛星、2顆氣象衛星。

這個威力巨大的老牌火箭在起飛後35秒就能達到1馬赫數的音速。

在1分49秒時，系統放棄火箭助推器，接下來2.5分鐘的飛行將持續3分27秒。

在第4分22秒時，助推引擎關閉，這個時候阿特拉斯5號會以每小時13470英里的速度飛行21600公里，高度接近156公里（97英里），向下距離約爲497公里（309英里）。

6秒鐘後，阿特拉斯的半人馬系統啓動，釋放助推器，現在這個設備的重量僅爲升空時的5%多一點了。10秒後，中心主發動機開始第一次燃燒液氧。

▲火箭&助推器分解結構

在飛行約11.5分鐘時，主引擎MECO-1切斷，這時候進入的區域位於海岸上空，爲萬一發生危險後的逃逸行爲做準備。

大約8分鐘後，切斷最後的主引擎，爲航天器分離做準備。

在飛行了大約57.5分鐘的時候，中心發動機釋放航天器，航天器將以超過41000公里/小時（26000英里/小時）的速度行駛，向火星進發，開始爲期7個月的旅途。

而在此期間，所有想要進行着陸探測的火星探測器都將 穿過火星大氣層 ，這一環節需要7分鐘，由於環境等各種困難條件的搭載，這7分鐘也被稱爲 恐怖7分鐘或黑色7分鐘 ，一旦火星車安全堅持過這段時間，基本就會安全着陸。

▲火星車着陸路徑圖

這次NASA送上太空的探測車“毅力號”的名字是由一名13歲學生的想法命名的，這個孩子名叫亞歷山大•瑪瑟（Alexander Mather），他說：

▲13歲學生亞歷山大•瑪瑟（Alexander Mather）

“以往美國的火星探測器的名字比如“好奇”“洞察”“勇氣”“機遇”都是人類的品質，而唯獨缺少了以“毅力”這個品質命名的探測器，而毅力纔是航天工作最需要且必須具備的品質。”

▲“毅力”一詞的涵義

毅力號的設計基於 NASA 成功的火星科學實驗室任務架構，包括其“好奇號”探測器和成熟的着陸系統，但在此基礎上做了升級。

像2012年登陸的漫遊車“好奇號”一樣，“毅力號”有一個攝像頭桅杆和一個長長的機械臂，上面裝有一系列工具，可以幫助他們追蹤火星上難以捉摸的生命跡象。

▲毅力號火星車

它的任務不僅要尋找火星上遠古宜居條件的跡象，還要尋找過去微生物生命本身的跡象。

二、嘗試在火星上“造氧”，無人機也將在火星表面飛行

爲了載荷能力提升，美國可謂是將火星車“越做越大”，最初的1976年到達火星的“海盜1號”與“海盜2號”火星車的質量還僅有91千克，而2012年到達火星的“好奇號”火星車大小已經像一輛“MINI Cooper”了， 這次的六輪NASA火星漫遊車“毅力號”足足有一輛SUV大小 。

NASA給這輛“能裝”的火星車配備了儀器“七件套”，除了火星旅行標配“相機、雷達、激光”等設備，NASA還讓它帶了個先進的鑽井系統、一個微型直升機，還有一個製氧系統去火星，妥妥把“毅力號”安排成了一個“火星工程師”。

據悉，毅力號此次配備了5種成像工具：首先是桅杆頭上的 SuperCam（位於大的圓形開口中），其次是兩個位於桅杆下方灰框中的 Mastcam-Z 導航攝像頭。

激光、光譜儀、SuperCam 成像儀將用於檢查火星的岩石和土壤，以尋找與這顆紅色星球的前世有關的有機化合物。

兩臺高分辨率的 Mastcam-Z 相機能夠與多光譜立體成像儀器一起工作，以增強毅力號火星車的行駛和岩心採樣能力。

▲毅力號搭載的相機數量

要知道火星大氣中有95%是二氧化碳（CO₂），只有0.14%的氧氣（O₂）含量，如果像人類的設想一樣，想把火星作爲人類的“第二家園”，靠這0.14%的O₂含量是遠遠不夠的。

▲火星大氣氣體分佈

這次毅力號將一個名爲MOXIE的“火星小魔方”送上火星，目的是通過這個儀器嘗試將火星大氣中的CO₂轉化爲O₂，NASA稱之爲 “造氧計劃” 。

▲MOXIE

如果這一試驗成功，將爲人類未來探索火星提供強力支柱，是一項技術上的重大飛躍。

除了“造氧小魔方”，毅力號火星車的車底還帶了 一架微型直升機“機智號（Ingenuity）”上火星 。NASA試圖讓它在稀薄的火星大氣中嘗試飛行。

▲“機智號”直升機工作圖像模擬

▲“機智號”直升機整體構造

“機智號”是一種可以自動駕駛的小型商用旋翼直升機，它固定在火星車的腹部，並且在到達火星後會按計劃在一個月的時間內進行5次短程測試飛行

▲直升機脫離探測器

它重約1.8公斤，在火星上大約有1.5磅，可以在大氣密度不到地球1%的火星大氣中升空，並將通過太陽能電池板爲鋰離子電池充電，可爲每次90秒的短程飛行提供足夠的能量。

▲“機智號”直升機技術規格

在“機智號”任務完成後，毅力號將會在接下來的一個火星年不斷在火星表面漫遊，收集樣本，這些樣本可能會含有表明火星古代生命存在的生物特徵。

這次火星探測最重要的任務是收集可供地球上人類研究的樣本，因此它身上最重要的是由Bit Carousel和Adaptive Caching Assembly裝置組成的 樣本採集系統 ，NASA稱，該系統耗時7年打造，是目前進入太空服役的最複雜的機器人系統。它們將用於收集、保護火星上的灰塵和樣本並將其反饋給科學家。

▲毅力號先進的鑽井系統

Bit Carousel 由9個鑽頭組成，火星車將使用它們鑽入地面，拉動樣本並將它們傳遞到火星車內部，以通過自適應緩存裝置進行分析。該系統具有七個電機和總共3000個零件，並負責存儲和評估岩石和灰塵樣品。

▲毅力號取樣

樣本採集系統會將收集到的火星上的部分樣本整合好，裝載在一個小型火箭上，據稱在計劃中，小型火箭會從火星出發，將樣本投送到嚴格控制消毒條件的流動站中，最終將樣本送回地球。

▲小火箭送樣本計劃

此外，NASA還將會把地球上的物質通過毅力號帶往火星，經過10年的沉積， 在2031年派出火星車再把這些樣本帶回地球進行研究 。

如果這些計劃設想都將實現，人類就可以真正通過從火星上採集的樣本分析火星上的環境微生物，而不單單通過圖片，或是傳說中墜落下來的“火星隕石”尋找答案了。

除此之外，毅力號還帶了航天服材料以爲未來人類踏足火星做準備，同時它還帶了一塊刻有地球和蛇杖圖案的鋁板，以此來 表達對抗擊新冠肺炎疫情醫護人員的敬意。

▲宇航服設計師與Z-2宇航服原型

▲一塊刻有地球和蛇杖圖案的鋁板

三、美國的火星探測史

達芬奇曾說過：“你只要嘗試過飛行，日後走路時也會仰望天空，因爲那是你曾經到過，並渴望回去的地方（When once you have tasted flight, you will forever walk the earth with your eyes turned skyward, for there you have been, and there you will always long to return.）”

火星這個神祕的紅色星球在古羅馬時期就受到人們的嚮往，有傳說寫道“Mars”這個詞也是由古羅馬戰神Mars的名字而來。

而到上個世紀60年代，人類才真正開始對火星的探索。

1960年和1962年，前蘇聯開始向火星發射探測器，但因爲缺乏經驗，兩次發射任務均告失敗，因此1964年美國發射的“水手4號”成爲了世界上第一個發射成功的火星探測器。

▲NASA的“火星車們”

水手4號於1964年12月28日發射升空，這是有史以來第一枚成功到達火星併發回數據的探測器，它向地球發回了 21 張照片，此後又在環繞太陽軌道上花費三年時間對太陽風進行探測。

1969年美國向火星發射了水手6號和水手7號。前者於2月24日發射升空，7月31日抵達火星。後者於3月27日發射升空,8月5日抵達火星。這兩枚探測器攜帶有更先進的儀器和通訊設備，它們成功掠過火星，對火星大氣成分進行分析，併發回了大量照片。

▲水手6號探測器

1971年5月30日，美國水手9號發射升空，這是有史以來第一枚成功進入環繞火星軌道的探測器，取得了空前的成功。水手9號於1971年11月14日到達火星，在火星軌道上工作了將近一年之久，發回了 7329 張照片，覆蓋了火星表面超過 80% 的部分，同時還對火星的兩顆衛星進行了探測。

1975年8月20日美國發射的海盜1號，是美國國家航空航天局維京號計劃中兩艘飛往火星中的第一艘，它花費10個月飛向火星，軌道太空船在進入火星軌道前五天開始傳回火星全球照片，成爲全球首個能成功登陸火星的衛星。

▲“海盜號”火星車

1975年9月9日發射海盜2號，主要研究火星溫度、磁場、風速、風向、X射線光譜，於 1976年8月7日進入火星軌道。 1976年9月3日成功着陸於烏托邦平原。

▲以往NASA的火星車

1996年，美國的火星環球偵測者號發射成功，這枚探測器持續工作了10年，直到2006年才失去訊號聯絡，它是最成功的火星探測任務之一。它利用所攜帶的一些專業儀器，進行海拔高度測量，科學家繪製了火星的地形圖。

2001年，美國國家航空航天局的火星探測衛星奧德賽號發射，主要任務是尋找火星上水與火山活動的跡象。

2003 年，美國火星探測漫遊者，這項計劃的主要目的是將勇氣號和機遇號兩輛火星車送往火星，對火星這顆行星進行實地考察。勇氣號在執行任務期間，曾首次找到火星上曾有水存在的證據，並從火星上拍攝到了地球的照片。而機遇號截至 2018年1月25日，已在火星漫遊14年多，取得了很大的成績，並於2019年2月13日任務結束。

2005 年，美國火星勘測軌道飛行器，它的任務是將一枚衛星送往火星，以前所未有的照相機分辨率對火星這顆紅色行星進行詳細考察，並且爲往後的火星地表任務尋找適合的登陸地點。

2007 年，美國鳳凰號火星探測器，鳳凰號火星着陸探測器在着陸地點附近挖到的發亮物質是冰凍水，從而證實火星上的確存在水。這也是人類通過探測器在地球以外首次獲得冰凍水樣本。除此之外，“鳳凰”號還首次發現火星降雪，還找到了火星上存在碳酸鈣和粘土的線索。

▲鳳凰號火星探測器