探路者：那些火星探測史上戰功卓著的火星車！
2023-04-01 07:00:21
作者/鄭永春(中國科學院國家天文臺)
2020年是火星的一年，許多火星探測器將很快發射到0+。火星漫遊者是各種高科技技術的集成，也是各國deep 空探索競爭的戰略制高點。在火星探索的歷史上，有三代火星探測器取得了傑出的軍事成就。
先鋒軍官索加伊納
在科幻大片《火星救援》中，馬克在長途旅行後發現了留在火星表面的火星車。通過火星漫遊者上的天線，他與地球上的工作人員重新連接，最終獲救。在電影中救了馬克一命的漫遊者不是由空製造的，而是1996年發射並於1997年7月4日著陸的漫遊者Sojaina。
索加伊納是一個只有10.6公斤重的小型漫遊者。在登陸火星之前，它被搭載在火星探路者著陸器上。登陸和部署後的火星車長65釐米，寬48釐米，高30釐米。搖臂轉向架可以探測20釐米高的巖石。如果月球車有翻車的危險，坡度傳感器會發出警報。因為火星上的巖石太短，所以在索加伊納拍攝的照片中看起來非常高。
Sojaina的上層鋪設了一層太陽能電池，車上安裝了一個電子系統，設計壽命只有一周。火星漫遊者有一個棒狀天線，但是由於它的低功率，它不能直接發送信號到地球。它只能通過著陸器傳送信息來與地球交流。當它正式工作時，地面工程師將通過著陸器向它發送一系列運動指令，引導它前進。除了能夠遠程駕駛，Sojaina還有一個自動駕駛模式——它可以選擇自己的路線。我們只需要提前告訴它避免某些障礙。
索加伊納走得很慢，最快的速度只有1釐米/秒，這也是「精神、機遇和好奇心」設計的最快速度。此外，它不能與著陸器分離，只能一直在著陸器周圍工作。
由於重量限制，Sojaina的探測設備也非常簡單，只有一個簡單的彩色攝像機和一個能量光譜儀安裝在探測車的後部。當遇到要分析的巖石時，探測車必須轉過身來，讓探測車後部的能譜儀直接接觸巖石進行分析。
作為第一代漫遊者，Sojaina，一個更加複雜和強大的機器人漫遊者，承擔了「探路者先鋒」的重要任務。
三代火星車的大小比較，從小到大分別是索加伊納、機遇和精神(由於結構相同，只顯示了其中一個)和好奇號(美國宇航局/JPL-加州理工學院)
馬拉松比賽的勇氣和機會
「精神」和「機遇」是「雙胞胎」，不僅外表相同，而且攜帶完全相同的檢測設備。這兩兄弟分別於2003年6月10日和7月7日發射升空，並於2004年1月4日和1月25日登陸火星。
勇氣號的目的地是gusev隕石坑，直徑約150公裡。著陸後，勇氣號發現古塞夫沒有沉積物，只有火山玄武巖。機遇號的目的地位於火星赤道以南的子午線平原。它特別平坦，數百米厚的灰色赤鐵礦覆蓋著阿拉伯臺地，看起來像火山爆發的碎片。
勇氣號和機遇號都選擇在赤道地區著陸，因為那裡有足夠的太陽能為火星車提供充足的電力。二是因為地勢低，海拔相對低，所以降落傘減速的距離較長，效果較好。
作為第二代漫遊者，勇氣號和機遇號各重170公斤，是索加伊納號的16倍。它們也要高得多，桅杆上的導航攝像頭視野更寬，這使得地球上的工作人員可以看到它拍攝的照片，就像他們在現場一樣，因此他們可以很容易地控制漫遊者。
作為機器人「地質學家」，勇氣號和機遇號的主要目的是分析火星巖石的物理特徵、化學和礦物成分。火星上的沙塵暴經常席捲全球，所以幾乎整個火星表面都覆蓋著一層紅色的灰塵。那一年，索加伊納被這層灰塵弄瞎了。它在著陸器周圍走了一圈，看到了同樣的物質成分。「從錯誤中學習，從智慧中學習」。為了揭開灰塵下的秘密，科學家們給第二代漫遊者配備了一個專門設計用來清除巖石表面灰塵的不鏽鋼刷頭和一個鑽頭。這種鑽頭可以在巖石上磨出幾釐米深的圓孔，然後用分光計分析巖石內部的成分。
更值得稱讚的是，作為一個低成本的宇宙飛船，「勇氣號」和「機遇號」最初的設計只能持續三個月(90個火星日和一個火星日比地球日大約長半個小時)。然而，他們的表現遠遠超出了人們的預期:勇氣號一直運行到2010年，工作了6年多，跑了7.7公裡；機會一直持續到2018年(設計壽命的59倍)，工作了15年(大約8個火星年)，也是宇宙中「馬拉松」比賽的冠軍，跑了45.16公裡，比一場完整的馬拉松還要長。
核電「航母」好奇心
好奇號是第三代火星車，質量更重，體積更大，功能更強大。它的整體尺寸與一輛私家車相似，重約900公斤，相當於勇氣號或機遇號的五倍。因為太重，它不能像前三輛氣囊彈跳的漫步者一樣著陸。出於這個原因，工程師們開發了一種全新的著陸方法，即空起重機。這種著陸方法不僅可以將較重的設備運送到火星表面，而且與用氣囊著陸相比，漫遊者受到的衝擊要小得多。
一位藝術家描繪了一輛好奇號漫遊車掛在空範圍內的起重機下面。
登陸火星表面的準備場景(美國航天局/JPL-卡列赫)
作為第一個沒有翅膀的漫遊者，好奇號使用同位素溫差發電機通過放射性元素衰變釋放的熱量來發電。由於不再受太陽能發電的限制，好奇號有了更廣泛的著陸區選擇。最後，它選擇了蓋爾環形山，機會和精神想去但不敢去的地方。
好奇號還有一個官方名稱——火星科學實驗室。這是因為好奇號可以獨立完成日常分析任務，而這些任務可以由地球上普通的巖石和礦物實驗室來完成。它配備了9個科學儀器和1個環境檢測包，並且只有3個攝像機。它可以抓、鏟、鑽、篩、磨、轉移到試驗箱、添加化學試劑、加熱、測量光譜和獲得顯微圖像。它真的像一個合格的地質學家。
好奇號的設計壽命只有2年，但它仍處於良好狀態，是唯一仍在正常運行的漫遊者。好奇號發現蓋爾環形山曾經有一個淡水湖，這種中性的環境顯然更適合生命的繁衍。它發現了一塊鵝卵石。根據卵石的大小和圓度，科學家推測卵石是被來自其他地方的水流運送過來的。它還探測到了大氣中的甲烷。如果它在地球上，根據這些數據，科學家已經可以宣布火星上有生命。樣品分析儀已經檢測出土壤中的各種有機物質，但科學家仍無法確定這些有機物質的來源。因為除了生命活動產生的有機物之外，大量的有機物將與隕石和宇宙塵埃一起落到火星上。
顯然，科學家需要更多的證據來回答火星上是否有生命。然而，這還沒有在下一個漫遊者完成。目前，核動力漫遊者好奇號的任務還沒有結束。未來它會給我們帶來什麼激動人心的發現？
