“好奇號”火星車的大小幾乎相當於一輛SUV，質量是前兩部火星車的五倍。它攜帶的設備是迄今為止送往火星的最為專業和先進的儀器。 （NASA官方網站/圖）

　　與勇氣號和機遇號用氣囊包裹著落地不同，好奇號採用了一種更新穎的著陸方式，就好像是用起重機吊著著陸一樣。 （NASA官方網站/圖）

　　作者： 南方週末記者 黃永明

　　體積相當於一輛SUV，滿載最先進的儀器

　　與2004年登陸火星的勇氣號和機遇號相比，剛升空的好奇號要比它們大得多。當它于2012年8月抵達火星後，將以前所未有的精度尋找火星上可能存在過的水的痕跡，以及其他生命存在的基礎。

　　2011年11月26日，美國宇航局的“火星科學實驗室”在美國佛羅裏達州卡納維拉爾角空軍基地發射升空，開始了它前往火星的八個半月的太空飛行。

　　“火星科學實驗室”的外形是一輛火星車，它也被叫做“好奇號火星車”(Curiosity Rover)。與2004年登陸火星的勇氣號和機遇號兩輛火星車相比，好奇號要比它們大得多。它的大小幾乎相當於一輛SUV，質量是前兩部火星車的五倍。

　　“我們將世界上最先進的科學實驗室送往了火星，這讓我們非常興奮。”美國宇航局局長查爾斯博爾登(Charles Bolden)表示，“火星科學實驗室將告訴我們一些我們想要知道的關鍵信息，在它促進科學發展的同時，我們也會發展載人登陸那顆紅色星球的能力，以及前往其他我們從未去過的目的地的能力。”

　　自二十世紀初期開始，人們憑著望遠鏡中看到的火星影像和頭腦中的想象，認為火星上可能存在生命，乃至火星人。然而，當最早的著陸探測器海盜1號和2號在1976年觸及火星表面的時候，人們大失所望。

　　“來自海盜2號(的照片)顯示了一個寒冷、貧瘠、乾燥、顯然死掉了的行星。”美國宇航局火星探測項目科學總監邁克爾梅耶(Michael Meyer)説，“就像你能想象到的那樣，人們對火星探測的熱情隨之一落千丈。”

　　然而，也是在同一時期，科學家在地球海洋底部的深海熱泉裏發現了極端微生物的存在。“由此開始，科學家開始了一系列在極端環境中尋找生命的研究。從這些研究中我們了解到，生命可以適應各種環境，看起來唯一必需的要素就只有液態水。”梅耶説。

　　1996年，美國宇航局發射了火星全球勘探者號探測器。這開啟了新的探索火星的時期，一系列的軌道器和著陸器被送往火星。探測的結果讓科學家了解到，火星並不是海盜號眼裏那個“死掉了的行星”，它其實蘊藏著活力。

　　自那時起，美國宇航局火星探測任務的科學目標就圍繞考察火星是否曾經支持生命存在而進行，此次的好奇號火星車亦進一步推進美國宇航局“跟著水走”的戰略。當它在2012年8月抵達火星後，將用一個火星年(687個地球日)的時間以前所未有的精度尋找火星上可能存在過的水的痕跡，以及其他生命存在的基礎。

　　2004年登陸火星的勇氣號和機遇號火星車已經發現，火星在過去曾經是溫暖和濕潤的，甚至可能存在過海洋。但是後來它的環境發生了巨大的轉變。

　　儘管過去十年裏探測器已經發現了粘土、硫酸鹽、水道等令人期待的火星環境特徵，但博爾登稱：“我認為好奇號火星車是自海盜號以來第一部追尋火星生命問題的探測器。”

　　全新的著陸方式

　　好奇號的降落點位於火星的赤道地區，它在明年落地時正值火星南半球的深冬季節。降落點位於一個叫做蓋爾的隕石坑(Gale Crater)。與勇氣號和機遇號用氣囊包裹著落地不同，好奇號採用了一種更新穎的著陸方式，就好像是用起重機吊著著陸一樣。通過這種方式，項目人員希望能夠把探測器的著陸點控制到一個更小的區域內。

　　當探測器經過長途跋涉，到達火星上空131千米的時候，它就進入了所謂“進入、下降和著陸”(EDL)階段。這個階段大約持續7分鐘，但實際的情況取決於屆時火星上的風速等大氣條件。

　　“任何進入、下降和著陸火星的過程都是一個讓你忍不住咬指甲的階段。那不是一個沒有風險的環境。”火星科學實驗室項目經理皮特泰辛格(Peter Theisinger)在發射前的發佈會上説。

　　好奇號火星車是被防護罩包裹著進入火星大氣層的，外觀就像一個陀螺。在進入大氣層之前九分鐘，“陀螺”背殼上的推進器會將整個探測器的姿態調整成隔熱罩面對大氣層。這項調整完成之後，探測器會從背殼上釋放出兩個鎢制的配重，每個配重有75千克，以這種方式來改變整個探測器的重心位置。這是為了讓探測器做好與火星大氣衝擊的準備。

　　在探測器進入到火星大氣層頂部之後，背殼上的推進器會再進行一系列的噴射，以調整探測器的飛行角度和方向。這會讓探測器呈“S”形路徑飛行，這種飛行方式一方面會減少探測器下降過程的水平距離，同時也能夠修正由風造成的偏移。這個過程被稱為“制導進入”，它由探測器根據實時探測到的信息自動完成。

　　“與之前的火星任務相比，制導進入技術讓探測器對不可預測的大氣條件産生更為靈敏的應對。”美國宇航局在一份介紹材料中寫道。

　　探測器在著陸前的減速過程中，90%的貢獻都來自火星大氣的摩擦力。隔熱罩承受到的最高溫度會出現在進入大氣層後80秒，大約有2100攝氏度。

　　然後探測器還有一次調整重心的動作，這次是在降落傘打開前，它丟掉六個配重，將重心調整回到對稱軸上。

　　當探測器到達距離火星表面11千米的高度時，降落傘打開。24秒之後，隔熱罩脫離。此時，好奇號仍然蜷縮在背殼之中，位於8千米的高度。與此同時，好奇號所攜帶“火星下降攝影機”甦醒過來，開始工作。它將下降過程拍攝成視頻傳回地球，一方面供互聯網上的“粉絲”們觀看，另一方面，這段視頻也以更高的分辨率拍攝了著陸點的環境，讓科學家能夠依據它來制定出好奇號最初的活動路線。

　　再過幾十秒，探測器下降到1.4千米的高度時，背殼也會分離，此時探測器以每秒80米的速度下降。探測器上安裝的八台制動火箭開始噴射，為探測器進一步減速，直至下降速度降低到每秒0.75米。

　　好奇號所攜帶的科學儀器是在2004年確定的，當時美國宇航局從徵集來的方案中遴選出了八個裝置，外加一台來自西班牙和一台來自俄羅斯的裝置，一共10台。“當宇航局確定了任務的目標和相應的科學儀器時，我們就看出我們得製造一部很大的火星車。很明顯的一點就是，你沒法用氣囊讓這樣大的火星車成功著陸。”泰辛格説。

　　“如果你想一下的話，”他繼續説，“只有兩種推進型方式將火星車著陸：要麼把火星車放到推進系統上面，要麼把火星車放到推進系統下面。”如果選擇前者的話，那麼落地之後如何讓火星車開下來將會是個令人頭疼的問題。

　　於是，“空中起重機”(sky crane)的概念誕生了。“起重機”在距離地面20米時釋放出尼龍繩，吊著好奇號下降，同時八台制動火箭中的四台熄火。這時好奇號已經不再蜷縮在背殼之內了，場面有點像直升機吊裝貨物，但直升機被換作了四腳噴火的飛行器。

　　在接觸地面之前，好奇號的輪子伸展開來，一旦它們觸及地面，尼龍繩便會斷開連接，“起重機”飛到150米乃至300米開外，完成任務。

　　然後，電腦從“進入、下降和著陸狀態”轉換為“地表狀態”，好奇號開始它在火星表面的探索工作。

　　尖端儀器

　　好奇號帶上火星的設備是迄今為止送往火星的最為專業和先進的儀器。它“頭”上的兩個眼睛是兩部相機，其中一部能夠跨越七個足球場的距離分辨出對面放的是籃球還是足球。另外一部在好奇號抵達一個新地點的時候，能夠用25分鐘拍攝150張照片，然後合成一幅全景照。

　　這兩部相機能夠拍攝出彩色照片，但是其原理與以往送往火星的CCD相機有所不同。以往的相機是用不同的濾光鏡拍攝一系列照片，然後地球上的科研人員將這些不同顏色的照片合成為彩色照。而好奇號的CCD能夠在一次曝光中直接獲得紅綠藍三種顏色，它所得到的照片會更加接近人眼的視覺。

　　好奇號還攜帶了一個被叫做“化學相機”的儀器，它能夠發射出激光，擊中7米之外的岩石或土壤。被激光擊中的物質會産生出等離子體，而“相機”通過觀測等離子體的光譜，來測定目標物的成分。設備中的分光儀能夠測定6144個不同波長的光，而不同的物質被離子化後所發出的光具有特定的波長。這部化學相機的射程足以幫助科學家尋找下一個近距離採樣和分析的目標。

　　“假如岩石表面附著了塵土或者有了風化外皮，那麼(好奇號)可以發射數百次重復的激光脈衝來把表層打掉，以測量到內部成分，並可就內部和表層的成分進行對比。”美國宇航局的材料介紹説。

　　另外一部“阿爾法粒子X射線分光儀”則能夠在10分鐘的快速檢測中，探測到岩石中含量低至1.5%的成分。如果給它三個小時時間，它就能夠探測到含量在萬分之一量級的物質。它尤其對於硫、氯、溴等與鹽的生成密切相關的物質敏感，從它們中可能會看出是否曾經與水發生過作用。

　　好奇號有兩部直接分析岩石和土壤樣本的儀器，分別是“化學和礦物學分析儀”和“火星樣本分析設備”。

　　好奇號的機械臂上有鑽頭和小勺子，對於岩石，它會用鑽頭獲取樣本；對於土壤，用小勺子就可以了。取得樣本後，機械臂上的篩子能夠把直徑大於150微米的顆粒剔除掉。完成這一步後，機械臂把樣本倒入“化學和礦物學分析儀”的入口漏斗，然後通過震動讓這些樣本進入到儀器裏。

　　在“化學和礦物學分析儀”的內部，有32個像襯衫紐扣一樣大的小盒子，它們是用來盛放樣本的。它們安裝在一個轉輪上，這樣就可以通過轉動輪子來讓任何一個小盒子位於X光的照射之下。從地球出發時，小盒子中已經有5個裝上了地球的樣本，這是用來做校準的。

　　檢測使用了X光衍射的方法，這也是第一次在火星任務中使用這種方法。負責該儀器的首席科學家自1989年以來就在研製X光衍射設備，他的很多技術已經商用，尤其是在發展中國家進行假藥篩查。

　　“火星樣本分析設備”是整個火星車上最大設備，有一個微波爐那麼大。如果是在地球上的實驗室裏，它所集成的那些儀器能會佔很大的空間。它包括了一台質譜儀、一台激光分光儀和一台氣相色譜儀。

　　根據美國宇航局相關材料介紹，與當年登陸火星的海盜號相比，好奇號的“火星樣本分析設備”在三個方面具有優勢。首先，好奇號具有更好的機會。它的選址綜合了近年來的發現，選擇的是希望最大的區域。它也有更好的機動性，還可以鑽取岩石樣本。其次，“火星樣本分析設備”的靈敏度大為提高，能夠探測到含量低至十億分之一的有機物質。第三，它使用的衍生技術讓儀器的識別範圍更廣。

　　在尋找水的努力上，好奇號還有一件利器，叫做“動態中子返照率設備”。這種設備實際上早先在地球上是用於石油勘探的，它發射出中子，然後通過觀察中子與氫原子核相互作用後發生的能量變化來確定氫的存在。後來科研人員將它重新設計後用於月球和火星探測。在2002年，火星奧德賽號探測器曾經用這種設備發現了火星高緯度地下的水冰。

　　好奇號全副武裝，做好了一切尋找火星水和有機分子的準備。但科學家們並不確定他們真的能找到任何東西。“儘管火星上可能存在過生命這一點能夠激起興趣，如果發現火星上的條件不適合生命存在也是有價值的，這會有助於研究火星和早期地球之間的不同點和相似點。”美國宇航局強調。