NASA在情人節(jié)當(dāng)天宣布與“機(jī)遇號(hào)”分手

我們?cè)僬夷恪盎鹦蔷仍睍r(shí)

“機(jī)遇號(hào)”拍攝的一塊巖石上有網(wǎng)狀裂縫，從外觀上看類似地球上的水干涸后的裂泥。

2019年2月14日，在長(zhǎng)達(dá)8個(gè)月的失聯(lián)后，火星探測(cè)車“機(jī)遇號(hào)”正式被美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）宣布結(jié)束任務(wù)。這臺(tái)原定任務(wù)周期90天，實(shí)際工作長(zhǎng)達(dá)15年的火星車終于結(jié)束了它的使命。

消息發(fā)布后，大量天文愛好者在網(wǎng)上表達(dá)對(duì)“機(jī)遇號(hào)”的緬懷。自2004年登陸火星以來，“機(jī)遇號(hào)”和它的孿生兄弟“勇氣號(hào)”火星車取得了眾多重大發(fā)現(xiàn)，其中最為人熟知的便是在火星上發(fā)現(xiàn)了液態(tài)水存在的痕跡。

●南方日?qǐng)?bào)駐京記者 泠汐 策劃統(tǒng)籌 鄭幼智 李江萍　本版照片均為資料圖片

前赴后繼的漫游者

巡視器，又名漫游車（Rover），指發(fā)射到火星、月球等天體上，具備自主運(yùn)行和移動(dòng)功能的太空探測(cè)器。在月球和火星上運(yùn)行的巡視器，常常被稱作“月球車”和“火星車”。區(qū)別于環(huán)繞天體運(yùn)行的軌道器和在天體地面固定運(yùn)行的著陸器，這種探測(cè)器最大的優(yōu)勢(shì)在于可移動(dòng)，因此能在多個(gè)地點(diǎn)完成探測(cè)任務(wù)。

2004年1月，兩輛一模一樣的巡視器——“勇氣號(hào)”和“機(jī)遇號(hào)”火星車分別成功著陸火星，開始了探險(xiǎn)之旅?；鹦擒囉绍嚿戆惭b的太陽能板供電，原定觀測(cè)周期為92天，實(shí)際上兩輛火星車都大大超額完成任務(wù)。其中，“機(jī)遇號(hào)”正常工作了15年，累計(jì)行駛45.16公里，成為有史以來工作時(shí)間最長(zhǎng)、行駛距離最遠(yuǎn)的巡視器。

1970年11月17日，蘇聯(lián)發(fā)射了世界上第一輛無人駕駛、自主運(yùn)行的月球車“月球1號(hào)”?！霸虑?號(hào)”利用自身攜帶的遙測(cè)系統(tǒng)、攝像系統(tǒng)，考察了月球雨海地區(qū)約8萬平方米的月面，將眾多寶貴的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)傳回地球。

不愿止步于月球探測(cè)的科學(xué)工作者們，將目光投向其它更遠(yuǎn)的天體。上世紀(jì)70年代起，各國(guó)天文機(jī)構(gòu)陸續(xù)向月球、金星、火星等天體發(fā)射了數(shù)十臺(tái)著陸器和巡視器。在火星，由于技術(shù)不成熟等原因，早期的探測(cè)器大多失敗墜毀了。1997年7月4日，美國(guó)國(guó)家航空航天局發(fā)射的火星探路者號(hào)成功著陸，它所攜帶的“旅居者號(hào)”是人類成功送往火星的第一部火星車。

我國(guó)巡視器研制和生產(chǎn)時(shí)間較晚，2013年12月15日成功駛抵月球表面、預(yù)期服役3個(gè)月的“玉兔1號(hào)”，實(shí)際服役時(shí)間長(zhǎng)達(dá)972天。2019年1月3日駛抵月球表面的“玉兔2號(hào)”如今剛剛進(jìn)入月夜休眠模式，此前已在月球正常行駛約120米。

坎坷的科研之旅

由于巡視器自身攜帶精密儀器，在遠(yuǎn)離人類家園的天體上長(zhǎng)期自主運(yùn)行，巡視器從發(fā)射入太空到執(zhí)行任務(wù)都面臨重重考驗(yàn)。為了保證巡視器不受損壞，將重達(dá)180千克、存在多處脆弱結(jié)構(gòu)的天文儀器安全著陸火星表面，就成了最重要也是最困難的任務(wù)之一。近年來，隨著科學(xué)工作者的經(jīng)驗(yàn)積累和技術(shù)不斷進(jìn)步，巡視器的著陸演化出多種方式，大大提高了巡視器著陸的成功率。

荷蘭代爾夫特理工大學(xué)航天學(xué)博士毛新愿介紹，目前探測(cè)器著陸天體表面的方案總體上分為三類。三類方案的相同之處是，在探測(cè)器進(jìn)入大氣層后到距離天體表面一定距離前，都首先使用隔熱罩和降落傘組合減速，并開啟測(cè)距雷達(dá)等待精確著陸的時(shí)機(jī)。

離地面距離適當(dāng)后，第一類方案直接使用著陸器攜帶的反沖火箭反推減速，這要求探測(cè)器自身攜帶較大的燃料罐和火箭系統(tǒng)。該方案最安全，可讓質(zhì)量很大的探測(cè)器成功著陸，但由于重量很大的火箭系統(tǒng)在登陸后就失去價(jià)值，且該系統(tǒng)裝在探測(cè)器底部無法脫離，這種方案不適合強(qiáng)調(diào)移動(dòng)性能的巡視器。

第二類方案是將探測(cè)器分成兩部分，一部分?jǐn)y帶反沖火箭和燃料罐，另一部分是包裹在巨大氣囊中的巡視器?；鸺赐茰p速后，連接兩部分的繩索使巡視器和反推火箭系統(tǒng)分離，氣囊部分迅速充氣，繩索斷裂后氣囊落下，在地面多次彈跳后穩(wěn)定下來再駛出巡視器。該方案的缺陷在于，由于氣囊的緩沖能力有限，巡視器的科研設(shè)備和重量都受到了限制。

第三類方案將巡視器用繩索懸掛于一臺(tái)裝有強(qiáng)力火箭的“空中吊車”上，待巡視器接觸地表后，繩索瞬間切斷，“空中吊車”迅速駛離并在附近墜毀。該方案是所有方案中技術(shù)難度最高的，但依然存在質(zhì)量上限，搭載900千克的“好奇號(hào)”已是該種方案目前的極限。

此次正式“退役”的“機(jī)遇號(hào)”使用的是第二類方案，而我國(guó)的“玉兔1號(hào)”和“玉兔2號(hào)”使用的都是第一類方案，具體操作方式是首先用反沖火箭將“嫦娥三號(hào)”“嫦娥四號(hào)”著陸器安全著陸，之后著陸器掛載的巡視器再駛向月球表面。

技術(shù)帶來的無限可能

“機(jī)遇號(hào)”著陸火星，和“月兔1號(hào)”“月兔2號(hào)”登陸月球，這其中需要哪些技術(shù)支持？毛新愿介紹，火星和月球的環(huán)境特征各有不同，需要攻克的技術(shù)難點(diǎn)也不相同。

巡視器在火星登陸，需要攻克的主要技術(shù)難點(diǎn)之一是距離。在火星登陸探測(cè)器，需要尋找一個(gè)登陸“窗口期”，這是由于火星離地球過于遙遠(yuǎn)，一次從地球到火星的星際旅行需要長(zhǎng)達(dá)200天以上。為了最大化地節(jié)省資源，需要等到火星在軌道上運(yùn)行至接近地球的時(shí)機(jī)再發(fā)射火箭，而這個(gè)機(jī)會(huì)每26個(gè)月才有一次。

此外，由于火星離地球過遠(yuǎn)，地球和火星之間的通信面臨數(shù)分鐘到20余分鐘的延遲，這導(dǎo)致要著陸在火星的探測(cè)器必須自主完成整個(gè)著陸流程，無法獲得人工實(shí)時(shí)操縱。在7分鐘左右的時(shí)間里，一臺(tái)探測(cè)器需要自主完成上千個(gè)操作，其難度可想而知。

對(duì)比火星登陸，由于地月距離很近，在月球的探測(cè)器可隨時(shí)從地球發(fā)射，環(huán)繞在月球軌道擇機(jī)登陸。但月球登陸的難點(diǎn)主要在于“潮汐鎖定”。“潮汐鎖定”指作為衛(wèi)星的月球引力受地球影響，導(dǎo)致其自轉(zhuǎn)一次大約需要一個(gè)月時(shí)間，且月球永遠(yuǎn)只以一面面向地球。

2月13日，月球背面的“玉兔2號(hào)”再次進(jìn)入月夜休眠期。由于巡視器大多以太陽能板供電，長(zhǎng)達(dá)14天的月夜時(shí)間里，巡視器只能選擇休眠，如何保證休眠后能夠再次運(yùn)行，是巡視器登陸月球后面臨的一大難點(diǎn)。此外，在月背登陸的“玉兔2號(hào)”，由于永遠(yuǎn)背向地球，無法同地球直接建立通信，必須通過地月中繼衛(wèi)星“鵲橋號(hào)”“傳話”，成為此次“玉兔2號(hào)”在月背工作的另一難點(diǎn)。

毛新愿介紹，巡視器經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，各項(xiàng)技術(shù)都有了全方位的提升。以火星為例，上世紀(jì)70年代蘇聯(lián)在火星南部著陸的數(shù)臺(tái)探測(cè)器全部失敗了，其中不僅有技術(shù)落后的原因，火星南部地形復(fù)雜也是探測(cè)器著陸須要克服的困難。如今，“玉兔2號(hào)”能夠在同樣復(fù)雜的月背南極—艾特肯盆地實(shí)現(xiàn)登陸，正反映了技術(shù)的不斷進(jìn)步給人類帶來無限可能性。

漫漫“回家”路

“機(jī)遇號(hào)”退役吸引大量關(guān)注，擬人化有不小的功勞。巡視器因自成一體、可自主行動(dòng)，近年來被人冠以姓名擬人化，吸引了除科學(xué)工作者、天文愛好者之外更多人的注意。我國(guó)研發(fā)的“玉兔1號(hào)”“玉兔2號(hào)”在執(zhí)行任務(wù)期間，都以擬人化形式在社交平臺(tái)發(fā)布信息，獲得不少人的青睞。

2月12日，科學(xué)記者雅各布·馬戈利斯將“機(jī)遇號(hào)”失聯(lián)前發(fā)布的最后一組信息，用擬人化的方式轉(zhuǎn)寫為“我快沒電了，這里也越來越暗了”，被網(wǎng)友們大量轉(zhuǎn)發(fā)?！拔覀冞€能否再見到‘機(jī)遇號(hào)’？”“誰來帶‘機(jī)遇號(hào)’回家？”網(wǎng)友們紛紛留言。

全程參與設(shè)計(jì)建造“機(jī)遇號(hào)”和“勇氣號(hào)”的科學(xué)家史蒂文·斯奎爾斯在接受采訪時(shí)曾坦言，設(shè)計(jì)“機(jī)遇號(hào)”時(shí)就把火星當(dāng)成它最終的歸宿，“火星就是它的家，是我想讓他駐留的地方?！?/p>

一些感性的網(wǎng)友則設(shè)想在未來火星移民后，能夠根據(jù)巡視器最終被記錄的定位找到它們，帶回地球在博物館珍藏。然而，目前的技術(shù)水平并不允許人類將火星上的任何物質(zhì)帶離火星大氣層，更遑論重百余千克的巡視器了。

不過，將巡視器獲取的太空物質(zhì)帶回地球并非天馬行空，還有相當(dāng)?shù)目茖W(xué)價(jià)值。2018年9月23日，日本在小行星“龍宮”上投放的2輛巡視器展開探查，巡視器的任務(wù)之一就是輔助主探測(cè)器完成采集、保存巖石樣本，并計(jì)劃于2020年返回地球。而美國(guó)亦宣布了將火星表面樣本帶回地球的計(jì)劃。

毛新愿介紹，相比于探測(cè)器上的科學(xué)儀器，地球的研究機(jī)構(gòu)能夠分析到更多資料，因此采集樣本回歸地球，將成為未來巡視器需要擔(dān)當(dāng)?shù)囊豁?xiàng)重要使命。也許隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，人類最終也能將這些太空“英雄”帶回故鄉(xiāng)。