美国“毅力号”火星车成功在红色星球登陆
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2021-02-20 22:25
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火星译客

在位于科罗拉多州利特尔顿的洛克希德·马丁公司校园的任务支持区,航天员坐在计算机前,在火星周围的轨道上飞行三架航天器。这三架航天器(火星轨道侦探飞行器,Maven和奥德赛)都以一种或另一种方式从航天器互相下载数据:试图将“毅力号”探测器降落在这个红色星球上。这些轨道侦探飞行器提供的信息将帮助工程师了解’毅力号”在大气层中的状态,并确定其是否能够幸存。读印在一面墙上的话:“太空并不是有待到达的地方,而是一定会到达的地方” 。

在通常的关于未经授权的访客和机密会议的笔记中,到处都是关于社交距离、口罩和病症的标语。“没有带排气阀的面具”,一位气势浩大的人警告道。其中一人被贴在洛克希德公司的大卫·斯科尔斯的头后,他在着陆前一个小时站在离所有东西6英尺的会议室里,在他的双口袋棕色衬衫上戴着一个蓝色的外科口罩。美国宇航局的视频在后台播放。肖尔兹刚刚把自己描述成一个“自信、紧张、崩溃”的人。那是因为他是一种称为“航空外壳”的设备的首席工程师,这种设备能使毅力号在最极端的条件下向下降落在火星表面。

洛克希德工程师已经为这个工程工作数年,今天,Scholz以及他的团队终于见证了它被投入使用。但他们能做的也只是:见证。因为火星车的系统是自动的,即使没有他们,也可以正常运转。

他们看着这个人造物体从天而降,,目标是降落在叫做Jezero的陨石坑内。其着陆时间定于太平洋时间下午12点55分,标志着“毅力号”火星车穿越太空之旅的结束,以及它在这个荒凉目的地停留的开始。令人沮丧的是,在数十亿年前火星上曾存在过湖泊和三角洲。理论上说,这是一个生命得以生存的地方。

搜寻火星2020任务的目标之一是寻找似乎适合古生物生活的地点,以及可能存在远古栖息地的证据。火星车还将收集和存储地质样品,以供将来执行任务,并尝试从地球上大量的二氧化碳中产生氧气,以满足未来人类宇航员的需求。

但是要到达目的地,航天器必须经受一个工程师称之为“进入,下降和着陆”或EDL的痛苦过程,而洛克希德·马丁团队现在正紧张地等待着它。这些最后阶段发生在所谓的“恐怖的七分钟”(俗称“恐怖七分钟”)中,这时航天器必须自主编排自己的E,D和L而不是砸在地上。在狂野的旅途中,火星车的速度约为12100英里/小时,减速时相当于地球重力的12倍。它的保护套将加热到大约2370华氏度。可能出现诸如:飞船可能会变得太热;当它们应该解体时无法解体;即使成功解体,两部分可能出现再次接触(撞击);火星车可能落在错误的位置;它最终可能会形成自己的撞击坑等多种问题。选择自己的噩梦。

EDL团队的负责人,美国宇航局喷气推进实验室阿伦·陈(AllenChen),他在着陆前几周告诉我,“EDL的关键之处就在于所有的事情都应该正确无误”。“这里没有局部信用”

100%的A +性能甚至使洛克希德·马丁公司的航空航天工程师充满信心。机身由两部分组成:隔热罩,看起来就像是蒸汽朋克太空飞盘,后壳是经典的太空舱。当航天器突入大气层时,隔热罩面向行星,从而消除了压力和热量的危害。它由称为PICA或酚醛浸渍碳烧蚀剂的材料制成。 “随着温度升高,它开始分解,分解过程吸收了大量能量,还产生了形成边界层的气体,从而保护了隔热屏不受环境影响,” Scholz在着陆前解释说。受保护的盾牌继而保护其货物。该设备在倾斜的大气层中燃烧,Scholz称其为“迎角”,并通过推进器进行自我控制。

后壳包括降落伞和着陆系统的最后一站等。它的主要保护成分被称为SLA-561V,这是洛克希德·马丁公司(Lockheed Martin)在1970年代为维京任务而开发的。实际上,该公司已经制造出了每一个(总共10个)NASA射向火星的航空器。炮弹的两个部分都带有用于测量坠落过程中状况的仪器,以更好地告知未来的任务,因为没有什么比地面(或这种情况的大气)更真实了。

“参与其中的过程令人感到谦卑,”降落前一周,斯科尔斯告诉我。今天,他在两个会议型桌之间跳动。其中一个是3D打印的飞机模型,放在工业尺寸的“多任务擦拭纸”容器附近的底座上。一个家庭影院大小的屏幕显示在美国宇航局,和一套“洛克希德火星”(明白吗?)贴纸装饰在附近橱柜的顶部。 当他目不转睛地看着美国宇航局电视和另一个显示下行数据的屏幕时,他不时摇了摇头,拍打着他的脚。

陈在帕萨迪纳的JPL上和很多“EDL家族”一起看着飞机的下降,他已经告诉了我空壳下一步该做什么。他说:“登陆火星完全是为了找到一条停下来的路,并在正确的地方停下来。”第一步是利用大气层减缓航天器速度的极端运动。然后,在距离红行星7英里的地方,一种被称为“距离触发器”的新技术将部署降落伞,其依据是航天器相对于它需要到达的目的地的位置,而不是像以前的任务那样,当它达到特定速度时。20秒后,隔热罩会飞走,烟火把九个不同的部分分开,并将火星车和后壳分开。这张照片将暴露出雷达和相机构成一个新的系统,称为地形相对导航。该系统将机载地图与着陆器传感器实时看到的情况进行比较,以显示航天器的位置,并帮助其在自主着陆过程中避免危险地质。

然后,悬吊在流动站顶部的一种气垫飞行器,将其八枚向下指向的火箭发射出去,这将把恒心引导到正确的位置,同时继续放慢速度。 Skycrane会缓慢地把用绳索绑在上面的火星车放到坚实的地面,就像一只鹳在放婴儿一样。炸药会把鹳从运送中炸开。

火星车最终将是孤独的。

但这条信息需要一段时间才能到达任务控制中心,因为信号不能在地球和火星之间即时传播。 (“发生的一切已经发生,” Chen告诉我,“你无能为力。”)

当毅力号进入大气层时,洛克希德·马丁公司的会议室变得沉默了。没有人说话,也没有人拿起桌子上任何一个Krispy Kreme甜甜圈。关于月球车进展的每一条信息都是在月球车实际发生大约11分钟后才传来的令人痛苦的信息,这个事实存在于每个人的脑海。

NASA电视台说:“隔热罩已经分开了。”房间里突然响起几秒钟的掌声,这当然是这支团队的重要时刻,然后才再次安静下来。

几分钟后,NASA确认后壳已经分离。掌声响起。

“优秀!”有人大喊大叫。

“我在这里拥抱,”有人说,实际上是在拥抱空气。

然后来自NASA的这些话是:“已确认成功着陆。”

洛克希德·马丁公司房间里的几个人鼓掌。 “我们降落在火星上了!”一个人惊讶地说道。 “真牛,”他们的同事回答。

舒尔茨说:“感觉很棒。”

一旦毅力号安全抵达地面,JPL的地面任务经理杰西卡·塞缪尔斯(Jessica Samuels)率领的一个团队接管了EDL家族,检查并调试了仪器和漫游者。 “到那时,我们开始全天候运营,”她在降落前几周告诉我。毅力号将进行大约一个月的试飞和检查,今年春末将试飞一架名为Ingenuity的小型直升机,在几个月后科学行动真正开始之前,第一件事就是在另一个星球上进行动力飞行。

在这段时间里, 科学家设计出的火星车每个火星日平均要行驶650英尺,经常撞到他们事先确定的名胜古迹,并使用从地面收集的更详细的数据来告知未来的运动和数据收集。毅力号将拍照,跟踪天气,用探地雷达扫描地面,收集和分析岩石和重石样品以了解它们的组成,然后将它们存放起来以备将来返回地球之用。

毅力号机械臂上的两种仪器将帮助寻找生物学的迹象。 PIXL将X射线束照射到岩石上,使其发光,其发光特性取决于岩石的化学性质。根据生成的化学物质,质地和结构图,科学家可以了解岩石是如何变成岩石的,包括生命是否能使岩石变成岩石。另一种称为Sherloc的仪器专注于有机化合物和矿物质。它既可以做显微镜拍照,又是揭示表面材料组成的光谱仪。 Sherloc的主要研究人员Luther Beegle说,将这两组信息结合起来,“最终将产生你正在查看的化学图谱”。矿物质可以揭示给定地点的长期条件,例如消失的水的咸味以及它们是否可以居住。有机物可能(尽管不一定)是过去生活的迹象,尤其是如果它们以怪异的形式(例如团块)出现时。他们谈到了这个星球过去的热情好客,不管是否有任何有机体利用了这一点。

在地球上很难研究生命的起源;随着板块构造的循环利用,行星的动态表面已经抹去了过去的证据。但是火星是一种时间囊,是地球过去的景象。 “大多数地质过程都关闭了,”比格尔说。

如果SHERLOC向科学家展示了一些特别有希望的东西,毅力号将钻出样本,把它藏在密封管中,以便将来的任务能够找到并返回地球。Beegle说,目前的计划是让他们回到预定于2026年发射的样品返回任务中。但是,从长远来看,任务计划很难确定,因为这会受到政治和预算的影响。美国国家航空航天局(NASA)详细介绍2020年火星科学目标的网页更加谨慎,用“如果和何时”的术语介绍了样本的归宿。

无论Sherloc的侦探工作有什么发现,Begle都会为之兴奋。他说,“火星是否拥有生命就像没有生命一样令人着迷。”如果“红色星球”不产生任何生物,则可能意味着生命很难开始。生物发生的静摩擦系数可能比许多人希望的要高。

但是无论如何,Sherloc会帮助你找到答案。为在另一个星球上运行而准备这样的仪器,对于制造它的科学家来说总是会产生皮质醇:他们不得不担心敏感设备能否在发射和着陆的震动中幸存下来,它们的运动部件和电子设备是否会正常工作就像他们在陆地洁净室那样。 Beegle是好奇号火星车的地面采样系统科学家,该火星车于2012年登陆,当时NASA的团队提出了“恐怖的七分钟”一词。 BBeegle回忆说,他的一位同事用“我刚刚经历了七年的恐怖”--他花在设计和测试新技术上的时间--讽刺地回答了这句俗语。

成功登陆后,恐怖还会继续,因为如果事情出错了,可能就很难解决。“一切都让你感到压力,”比格尔说。“每次我们打开仪器,总会下意识担心有什么东西坏了”。但是他说,送一辆漫游者去探索火星就像把你十几岁的孩子送出去开车一样。每当他把钥匙交给它时,他都会担心。但他也相信它会做得很好。

船上的另一种仪器将聚焦于一种更熟悉的生命:人类。从3月初开始,一种名为Moxie的实验装置旨在从火星的二氧化碳中产生99.6%的纯氧。从外部看,Moxie看起来像一个金色的牛奶箱,藏在毅力号的主体内部。它吸收二氧化碳,然后通过电化学将其净化成氧气和一氧化碳。它的产量将比一位孤独的人类探险家所需的要小得多,它产生的氧气“可能会让一只小狗存活,就像波士顿猎犬一样,”在Moxie工作的JPL工程师AsadAboobaker说。

杰森·梅兹利斯(Jason Mezilis)

但是,这个测试项目不仅涉及呼吸。它还与火箭推进剂有关,其中氧气通常是主要成分。 “美国宇航局希望将人们送往火星,但也希望将他们送回,”阿布贝克说。发射和降落宇航员所需的推进剂是不合理的,所以一种方法是让宇航员在他们降落的任何地方生产自己的火箭。 “这是该项目的真正推动力(如果可以的话,我想做个双关语),”阿布贝克说。理想情况下,这个小型系统将帮助他们了解如何为将来的任务扩展该技术。

我们不知道人类什么时候可能需要氧气,或者那些充满岩石的样品管是否能够返回,或者我们是否确实会在它们或毅力号的分析中看到火星生命的迹象。但是所有这些实验都指向不确定的未来:何时我们将更多地了解我们是否孤单,并为未来的机器人和人类承担更大的野心。今天,毅力号朝着这个方向前进,因为它轻轻地降落在这个尘土飞扬的异世界上。

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