“毅力号”火星车在何处着陆寻找远古生命迹象?

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火星和行星科学研究人员花了3-4年时间进行深入研究,以确定火星车的着陆地点。目前,他们已经选择了最好的着陆点,那就是一个名为“Jezero”的陨石坑。火山口中有一个河流三角洲。专家推测,古代有一条河流流入火山口,并有大量沉淀物。它有点像路易斯安那州密西西比河末端的三角洲地区,逐渐将河流的沉积物释放到墨西哥湾。

在地球上,这种浅水三角洲是一个非常温和的环境。有机分子和化石可以在超细泥岩中逐渐埋藏和保存。如果火星三角洲具有类似的特征,那么它将是一个非常好的环境,可以保存来自火山口古高地的河流冲积物证据。

火星表面有很多我们不知道的东西。在科学家发现古代火星存在液态水的证据之前,火星表面的热源——活火山早在20-40亿年前就存在了,小行星和彗星碰撞形成的大量陨石坑将大量有机分子带到火星表面,释放出大量热量。事实上,太阳系中满足这些限制条件的地方很少,火星上的杰泽罗陨石坑就是其中之一,我们认为这是寻找外星生命迹象的最佳地点之一。

“毅力号”火星车在何处着陆寻找远古生命迹象?-第1张图片-IT新视野

“毅力号”携带了什么科学工具?

从外观上看,毅力号火星车与好奇号火星车十分相似,因为它90%零部件与好奇号相同,这就是为什么美国宇航局信赖毅力号的原因,相信该探测车能够胜任火星勘测任务。据悉,好奇号火星车携载两个相机,一个是广角相机,一个是摄远相机。

毅力号火星车沿袭采用了好奇号的两个相机,但是相机具有变焦功能,基于这两个相机可从广角效果变焦为摄远效果,该相机是桅杆变焦相机(Mastcam-Z),其中“Z”代表变焦的意思,便于拍摄高清晰立体图像,两个桅杆变焦相机就像人类的左眼和右眼,可以拍摄火星三维图像传送至地球。

获得火星三维图像对于科研工作非常重要,便于科学家详细地了解火星地形结构,我们希望将杰泽罗陨坑三角洲地质结构部分结合在一起,而不仅仅是获得二维空间信息,而是具有空间高度和结构的三维图像,科学家需要制作该火星车着陆地点的3D地图。地面工程师和火星车操控员需要这些信息,该三维图像将帮助他们确定在火星何处行驶,如果识别障碍、斜坡、沟渠和岩石等物体,使他们能够驾驶火星车展开深入勘测。最终,他们可以利用这些三维图像制作毅力号火星车着陆的3D视图。

“毅力号”火星车在何处着陆寻找远古生命迹象?-第2张图片-IT新视野

北京时间2月19日4点48分(美国东部时间2月18日15点48分),预计该火星车抵达火星大气层顶端,时速达到19500公里。进入火星大气层大约90秒后,火星车出现峰值减速,飞行速度降低至时速1600公里。

此外,毅力号火星车还携载一架直升机——“匠心号”直升机,它将在火星车着陆之后30-90天某个时间与火星车分离,进行几次开创性试飞,以证明机械设备在地外星球空中飞行是可能的。

这次太空任务有什么不同?

毅力号火星车的主要任务是从火星上获取第一个机械样本,因此火星车不会像好奇号火星车那样在火星表面钻孔。取而代之的是,它将从火星表面提取表层土壤样本,然后将这些样本放入白板笔大小的试管容器中,然后将这些试管放在火星表面,以便于未来10年返回火星的任务将它们带回地球。

毅力号火星车将不会返回地球,但它收集的火星样本将在未来被送往地面。同时,火星车还将执行此前火星车执行的多项侦察任务,对陆点进行详细全面的勘测,探测地质构造,测量大气和天气特征。

如何把这些火星样本带回地球?

这一环节存在不确定性,因为其实施过程仍处于构想阶段。美国航天局和欧空局正在合作建造并发射一个新的着陆器,它将发射一个小型火星探测器来收集这些试管,并将它们带回着陆器。等待着登陆器的是一枚名为“火星上升飞行器”(MAV)的小型火箭。一旦火星样本被装载进微型飞行器,它将被送入火星轨道。

目前,美国航天局和欧洲航天局正在合作建造一个轨道飞行器,以寻找未来将进入火星轨道携带火星样本的容器。这个容器很小,大小从柚子到足球。一旦轨道飞行器捕获了这个集装箱,它将被火箭送回地球,并降落在犹他州的沙漠中。

“恐怖7分钟”:大气层进入、下降和着陆(EDL)

“毅力号”火星车在何处着陆寻找远古生命迹象?-第3张图片-IT新视野

任务中最危险的部分是毅力号火星探测器的进入、下降和着陆阶段(EDL)。一些工程师称之为“7分钟恐怖”,他们都说在这个阶段有很大的风险和挑战。

任务中最危险的部分是意志力的“大气层进入、下降和着陆阶段(EDL)”。一些工程师称之为“恐怖7分钟”。以下是着陆过程中重要时间节点的相关操作:

在巡航阶段,减速降落伞被打开:在过去的六个月里,willpower漫游者和飞船是一个整体。美国宇航局“独创”火星直升机位于火星车腹部。北京时间2月19日4时38分(美国东部时间2月18日15时38分),探测器将与飞船的进入舱分离,并打开减速降落伞。减速降落伞的直径为4.5米,由两部分组成。当火星车第一次穿过火星大气层时,隔热罩可以保护它不因极端高温而燃烧。隔热罩的空气动力学特性也可以起到“刹车”的作用,帮助航天器减速。

进入大气层:北京时间2月19日4时48分(美国东部时间2月18日15时48分),预计探测器将以19500公里/小时的速度到达火星大气层顶部,进入火星大气层约90秒后,探测器减速至1600公里/小时的峰值速度,在降落到火星表面的过程中,利用其在火星大气中运行产生的阻力减速,降落伞会启动后壳上的小螺旋桨重新定向,从而保证火星车坠入大气层时的隔热罩正对着火星表面。

加热高峰:北京时间2月19日4时49分(美国东部时间2月18日15时49分),在着陆飞行过程中,飞船与火星大气层发生摩擦,导致飞船底部升温,温度高达1300℃左右。

降落伞开启时间:北京时间2月19日4时52分(美国东部时间2月18日15时52分),飞船进入火星大气层约4分钟后,飞船将从减速降落伞上发射超音速降落伞。降落伞的直径是21.5米。它将在距火星表面11公里处发射,并以每小时1512公里的速度飞行。降落伞将帮助火星车减速到每小时320公里。精确的部署时间基于最新的射程触发技术。美国航天局的工程师说,射程触发技术可以精确地将着陆器缩小到一个椭圆形区域,这意味着willpower火星车将比以前的火星车花费更少的时间来定位着陆点。同时,该技术将根据飞机的位置和着陆目标的距离自动调整降落伞的展开时间。

隔热板分离:降落伞展开约20秒后,隔热板将与后壳分离并脱落。随着降落伞系统继续减速,“威利”号火星车仍被保存在飞船的后壳中,这使得火星车能够利用雷达确定离地面有多远,并利用相对地形导航技术寻找安全着陆点。基于距离触发技术和相对地形导航技术,探测器将有可能在杰泽罗陨石坑底部着陆,因为该地区地形复杂,包括陡峭的悬崖、沙丘、卵石和小型撞击坑。

动力下降阶段:北京时间2月19日4时54分(美国东部时间2月18日15时54分),当飞船下降至距火星表面2.1公里时,探测器将与降落伞和后壳分离,进入动力下降阶段,它装有8个节流减速火箭或火星登陆发动机,帮助火星车减速,最终登陆火星表面。

着陆:北京时间2月19日4时55分(美国东部时间2月18日15时55分),“空中吊车系统”将用于“意志力”号火星车的下降阶段。探测器将通过尼龙绳逐渐下降。当它距离火星表面20米时,也就是着陆前12秒,三根尼龙缆绳会在它距离火星表面7.6米时逐渐减慢探测器的速度,最终达到让探测器着陆的目的,同时,月球车将伸展它的支撑,使它的轮子进入着陆位置。一旦探测到车轮触地,它将切断连接下降段的电缆,然后安全着陆。如果一切按计划进行,毅力号火星车将开始为期两年的探索杰泽罗陨石坑的任务。

事实上,很多因素都会影响上述重要环节的准确时间,包括火星大气层的特征,在航天器实际穿越火星之前,很难预测火星大气层的特征。由于深空通信的复杂性,任务控制员可能无法在上述时间准确完成相应的操作。详细工程数据流(又称遥感勘测数据)的近实时性能主要取决于NASA火星勘测轨道器(MRO)在2020年采用的最新中继技术。工程师们预计,在火星探测器即将着陆之前,将会有更多的信息,这些额外的数据将通过美国宇航局的深空网络和另外两个地基天线直接返回地球。

值得注意的是,毅力号火星探测器可以在不与地球通讯的情况下安全登陆火星。火星探测器拥有预先编程的着陆指令和重要的自主权,并在着陆后数小时和数天内预设了额外的通信通道。

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