7 月 30 日美国「毅力号」火星探测器发射成功，此次任务有哪些难点和亮点？
这是人类探测火星历史上最贵和最复杂的一辆火星车！ 2020年7月30日，毅力号火星车和机智号火星直升机乘坐宇宙神5-541火箭顺利升空，目前已经在前往火星的路上。 这个7月，人类共有三个火星探测器依次成功出发，阿联酋希望号环绕器，中国天问一号环绕器/着陆器/巡视器，美国毅力号巡视器/机智号直升机。 宇宙神5火箭发射瞬间（图源：NASA）  由于火星与地球在太阳系的相对关系，二者拥有一个780天的会合周期，这意味着从地球探测火星的窗口每26个月才出现一次，如果错过就要额外等待两年多。最佳探测窗口在地球和火星会合前数月，例如2020年10月中旬地球和火星达到一次最近，7月就是最佳探测窗口。 如今，这辆车总体预算已经高达惊人的28亿美元。还好它还顺利赶上了这次窗口，否则延期两年就意味着另外5亿美元的开支，但这已经使它成为史上最贵的车，注定超过好奇号的25亿美元。 按照传统，在发射前NASA估计又举办了基础教育学生（K12）作文大赛，为这部火星车征名， 最终，7年级学生亚历山大获此殊荣，给火星车取名为毅力号（Perseverance）。而11年级的瓦妮莎则给火星直升机命名为机智号（Ingenuity） 其实早在2012年8月6日好奇号火星车成功降落火星后不久，2012年12月4日NASA关于新一代火星车的项目就正式立项，就是眼前的毅力号。它基于好奇号的平台开发而来，在众多仪器上做出一定改进。 毅力号艺术设计图 ©NASA/JPL  相比较好奇号专注于分析火星土壤和岩石的物质组成，毅力号则专注于寻找生命的痕迹。它携带的X射线光化学荧光光谱仪，可以更加精细测定土壤和岩石的精细元素构成。所携带的新型地下雷达成像仪则直接可以探测地下十米以内的水冰和盐水含量，并辅助监测有机物的含量。 好奇号降落到火星后的一张自拍（举着相机的机械臂已被PS掉）©NASA  而它在好奇号的功能之外，还带有四个超级绝活： a. 携带了一套火星制氧实验装置，可以将空气中二氧化碳转化为氧气。对于人类未来的载人登陆火星任务，几乎不可能将返回火箭发射时用的巨大燃料储备送到火星地表，难度过大。而从火星空气和土壤中提取甲烷、液氧、液氢等燃料无疑成为最佳选择。而氧气的制备，无论对于未来人类的生存还是火箭燃料来源，意义不言自明； 火星直升机艺术效果图 ©NASA/JPL  b. 火星直升机机智号。虽然火星的大气密度和气压连地球的1%都不到，但毅力号将释放一台仅重1.8公斤的超强直升机，充电一天后能实现几十秒的工作时间。它可以极大扩展毅力号的探测范围，每天可以探测600米左右，这将是人类历史上首次将有翼飞行器送入其他星球。要知道人类第一个火星车旅居者号在几十天工作时间内才爬行了100米左右距离，而这个直升机每天的工作距离都是它的几倍！ 遍布镜头的毅力号©NASA/JPL  c. 毅力号携带了共计23台照相机，历史之最。除了工程和避险相机外，这23台中还能实现彩色成像、三维成像、微距成像、紫外激光器等一系列复杂功能。因此毅力号的功能也将大大提升:它不再需要停下来一块一块分析土壤和岩石，当发现值得研究的目标时，仅需调动相关相机就可在几米开外详细研究。此外，它还携带了两个麦克风，从进入火星大气阶段就开启，能让人类收听到最真实的火星声音。 计划接应并执行采样返回火箭发射任务的火星探测器艺术图 ©NASA/JPL  d. 在人类首次探测火星已经57年后，毅力号将在60周年之际开启采样返回的新一轮挑战（俄罗斯曾经尝试两次但不幸失败），这个火星车将会收集值得研究的火星土壤或岩石样本，由后来的采样火星车、收集火星车、火星发射平台、货运飞船和返回舱等多个部分接力完成，总体任务非常复杂。火星车纵然已经功能强大，但和地球上的专业实验室相比还不可同日而语，如果能够带回地球研究，得到的结论必将让人大吃一惊。 欧空局和NASA合作计划©️NASA  可以想象，它所实现的功能将大大超越前辈好奇号。当然，它的重量也不低，预计将达到1吨左右、甚至超越它的前辈好奇号，成为人类历史上最重的一辆火星车。 这意味着它将继续沿用好奇号的“空中吊车”技术：在降落过程中，着陆器在经过大气摩擦减速和降落伞减速后将会分成两个部分，上部分携带有巨大能量的8个反推火箭，形成一个悬浮在空中的“吊车”，下部的火星车通过电缆和3条柔性钢索与之相连。随着空中吊车缓慢减速降落，一旦火星车安全碰触地面后，所有的关联绳索在几毫秒内迅速被切断，空中吊车迅速飞走并远离火星车后坠毁。 人类探测火星60年来，好奇号是唯一实现空中吊车技术的任务©️NASA  要知道，这几乎相当于把一辆家用小轿车从迪拜塔上扔下来后，中途启动空中吊车（好奇号的吊车启动时运动速度高达90米/秒、距离地表数百米），在短短几十秒内将相对速度减到几乎为0。而由于火星车上精密仪器的存在，对冲击力的容忍程度非常低，相当于家用轿车的报警系统也不能被触发，难度可想而知。 毅力号空中吊车技术降落过程 ©NASA  而毅力号的空中吊车还将做进一步改进，它可以规避风险选择最优路径将火星车放到最理想的地点。 如果说好奇号的空中吊车可以将它从迪拜塔安全“扔到”地面上，那么毅力号的空中吊车则可以将它精准“扔到”停车位里。 放射性同位素电机©️NASA  能量来源方面，毅力号也将继续沿用钚-238组成的放射性同位素电机，这种原子弹副产品制造的“核电池”有着高达88年的半衰期，可以为火星车24小时提供稳定的能量来源。这种电池已经陪着两位旅行者探测器在太空中飞行了40年依然与地面保持有效联系，也驱使着好奇号在火星表面行走了约20千米。每一天，这个距离都在增加。 左图：毅力号的初步着陆地，杰泽罗撞击坑；右图：火星侦察轨道器拍到的杰泽罗撞击坑附近细节（图源：NASA）  在科研方面，毅力号已经初步选定巨大伊西底斯平原（Isidis Planitia）西北部的杰泽罗撞击坑（Jezero Crater）作为首选探测地点。此前，欧洲的小猎犬2号曾经尝试在平原中部登陆，不幸失败。杰泽罗撞击坑位于一个古代河流和湖泊的交界处，这里是一个巨大的扇形三角洲区域，预计会提供很多让人意想不到的研究结论。 目前，阿联酋希望号环绕器，中国天问一号环绕器/着陆器/巡视器，美国毅力号巡视器/机智号直升机都发射成功，共同前往火星，我们希望他们在火星相遇的那天。 他们都是人类的使者，都在共同为使人类成为跨越行星际生存的物种而努力，我们祝福他们！ 