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机遇号火星探测器

机遇号火星车,是美国国家航空航天局2003年火星探测计划的一部分,官方正式名称火星探测漫游者,代号MER。机遇号与勇气号是一模一样的,代号MER-B。

机遇号于2003年7月8日11时18分15秒(北京时间)在卡纳维拉尔角空军基地成功发射,并于2004年1月25日在火星成功软着陆。

目前,机遇号仍然在火星表面正常运行。

中文名称机遇号英文名称Opportunity
代号MER-B研制国家美国
发射时间2003年7月8日11时18分15秒发射场卡纳维拉尔角空军基地
运载工具德尔塔2型运载火箭

火星车名称的由来

美国国家航空航天局2003年火星探测计划,官方正式名称火星探测漫游者,代号MER。机遇号是两部双胞胎火星车中的第二部,代号MER-B。

除了官方正式名称和代号,2002年11月4日,两部火星车发射之前,美国国家航空航天局宣布与丹麦著名玩具制造商乐高公司和行星学会合作,由乐高赞助举办火星漫游车命名竞赛,面向5至18岁美国青少年为两部双胞胎火星车征集名字。凡是在美国学校学习,并在2002年秋季学习注册过的学生均可报名参加。竞赛活动于2003年1月31日截止,最后结果于2003年6月8日,勇气号发射前夕对外公布。

这次活动总共为两部双胞胎火星车征集到了将近10000个名字,其中来自美国亚利桑那州的9岁女孩索菲·柯林斯提出的方案从众多方案中脱颖而出,其提出的“勇气”(Spirit)和“机遇”(Opportunity)两个名字被美国国家航空航天局采用。

任务背景

1997年7月4日,火星探路者号成功登陆火星,它携带的漫游车旅居者号成为首部在火星表面成功漫游的火星车。火星探路者和旅居者号漫游车在火星表面工作了将近三个月,向地球传回了超过10000张照片和大量科学数据。火星探路者的成功以及此前传出的在地球南极附近发现的据信可能来自火星的陨石中可能存在生命迹象的消息,使得火星这颗红色行星再次成为人们的关注焦点。但是旅居者号体积较小,重量很轻,能够携带的科学仪器十分有限。而且索杰纳号必须通过火星探路者登陆器中继才能与地球进行通信,这使它的活动范围非常受限,于是人们开始计划发射一部更加强大的火星漫游车。

火星探测漫游者就是这一计划的产物。美国国家航空航天局原计划于2001年发射一枚轨道器环绕火星轨道运行,同时发射一个登陆器携带漫游车居里号在火星表面登陆。但是由于1999年火星气候探测器火星极地登陆者号两个探测器在接近火星时相继失败,居里号漫游车被取消,轨道器则被更名为奥德赛号于2001年成功发射升空。1999年的失败是对美国国家航空航天局火星计划的一次重大打击,多项火星计划被取消或推迟。火星探测漫游者则在此前已经正在进行研究的FIDO(野外综合设计与操作)原型车的基础上被提上日程。

火星车设计

勇气号长1.6米、宽2.3米、高1.5米,重174千克。它的“大脑”是一台每秒能执行约2000万条指令的计算机,不过与人类大脑位置不同,计算机在火星车身体内部。所谓“颈”和“头”是火星车上伸出的一个桅杆式结构,距火星车轮子底部高度约为1.4米,上面装有一对可拍摄火星表面彩色照片的全景照相机作为“眼睛”。两台相机高度与人眼高度差不多,有了它们,火星车能像站在火星表面的人一样环视四周。

当勇气号发现值得探测的目标,它会以6个轮子当腿,运动至目标面前,然后伸“手”进行考察。勇气号的“手臂”具有与人肩、肘和腕关节类似的结构,能够灵活地伸展、弯曲和转动。上面带有多种工具。工具之一是显微镜成像仪,能像地质学家手中的放大镜一样,以几百微米的超近距离对火星岩石纹理进行审视。另外还有穆斯鲍尔分光计和阿尔法粒子X射线分光计,可以用来进一步分析岩石构成。还有一个相当于地质学家常用的小锤子的工具,能在火星岩石上打出直径45毫米、深约5毫米的洞,为研究岩石内部提供方便。

任务过程

机遇号主要的地表任务只计划最多维持90天。任务在过去已受到多次的扩增并且自登陆之后就已经运作了2605天之久。一个关于漫游车状态的每周更新档案可在“机遇号更新档案”中找到。

从一开始的登陆起,在偶然的情况下就降落在一个冲击坑里,否则预计是要降落在一个平原。机遇号成功的研究了土壤和岩石样本并在登陆地点照下了全景照片。它采样的样品让NASA的科学家能够提出关于赤铁矿的存在以及过去地表存在过水份的假说。为了证明,机遇号跨越火星地表去调查另一个地点-忍耐撞击坑(Endurance crater);在2004年的6月到12月间进行调查。随后,机遇号调查了它自己在降落过程中所抛弃的防热护盾的撞击地点并发现了完整无缺的陨石,也就是后来定名的“防热护盾岩”(Heat Shield Rock)。

从2005年4月下旬到该年六月初,机遇号的数个轮子充满危险地卡在了沙丘里。在地球上进行了超过了6周的物理模拟来寻找最佳方法让它从沙中脱困以避免永久的卡住而报废。后来在一次几厘米的移动之后才成功脱困,并继续它的旅程。

在2005年10月到2006年3月之间,机遇号朝向了南方的维多利亚撞击坑前进,途中经过了一个大而浅且部分受到覆盖的陨石坑-“黑暗撞击坑”(Erebus crater);后来也曾遭遇过机械手臂出问题。 在2006年9月底,机遇号抵达了维多利亚撞击坑并顺时钟沿着坑的边缘探索。2007年6月,机遇号返回了撞击坑最初抵达的地点鸭子湾(Duck Bay);同年9月,它进入了撞击坑开始进行详细的研究。2008年8月,机遇号离开了维多利亚撞击坑并且目前正朝向“努力撞击坑”(Endeavour crater)前进。

截止至2013年5月16日(3309天),机遇号的里程数是35.76公里 ,也打破了NASA在地球外的无人探测车移动记录。

2004年

机遇号于2004年1月25日5:05(UTC时间)降落在比原计划亨利撞击坑偏东25km的老鹰撞击坑(1.95°S 354.47°E)。

2006年

在2006年3月22日(第760个任务日),机遇号离开了“黑暗撞击坑”并开始前往“维多利亚撞击坑”的旅程,后来于2006年9月抵达(第951个任务日)。它将会待在“维多利亚撞击坑”直到2008年8月(第1630-1634个任务日)。

维多利亚撞击坑是一个距离登陆地点约7公里的冲击坑。它的直径比“忍耐撞击坑”还要大六倍科学家相信维多利亚撞击坑坑壁上的裸露岩石可以产生更多有关火星地质历史的资讯,倘若漫游车能够存活够久去进行调查的话。

在第951个任务日(2006年9月26日),机遇号到达了维多利亚撞击坑的边缘并传送了第一张维多利亚撞击坑的真实照片,其中包括坑底的沙丘。火星侦查轨道器也照下了机遇号位于坑边的照片。

2007年

在2007年1月4日,机遇号和勇气号都接收到了给车上电脑用的新航程软件。这个更新的时间点刚好是它们的登陆三周年。新的系统能够让漫游车决定是否传送一张照片、是否使用机械手臂来研究岩石,这样能够为科学家们节省很多时间不用去过滤数百张的照片来找他们所想要的那一个,或是研究周遭环境来决定是否使用机械手臂来调查岩石。

一连串的清除事件于第1151个任务日(2007年4月20日)开始而让机遇号的太阳能发电提升到每天每小时800瓦到了第1164个任务日(2007年5月4日),车上的太阳能阵列可产生自第18个任务日(2004年2月10日)以来从未达到超过4A的电力。无论如何2007年年中(跟火星同轴的每六个地球年之全球沙尘暴循环)出现于火星上的大规模沙尘暴却让机遇号的发电量降低至每小时280瓦。

在2007年6月快要结束时。一连串的沙尘暴开始垄罩火星的大气层。风暴持续的增强并且到了7月20日让机遇号和勇气号都遭遇到因太阳能电力不足而造成真正的系统失效之可能性。NASA向新闻界发表正式声明(摘录一部分):“我们正在努力让漫游车能够在暴风中存活下来,但是它们并非为了这种强烈的状况所设计的”。关键的问题是由于沙尘暴让太阳能电力快速下降火星的大气层中有太多的沙子因此遮蔽了99%直射向漫游车的阳光。位于另一个地方的勇气号漫游车只能够比机遇号多获得一点光线。

在正常情况下太阳能发电阵列每天能够产生每小时700瓦的能量。在沙尘暴中,发电能力大幅的降低。倘若漫游车每天产生的电力少于每小时150瓦的话将会让它开始耗尽电池电力。如果电池电力耗尽的话,关键的电子仪器可能会因为极度的寒冷而失效。在2007年7月18日,漫游车的太阳能电力只能产生每小时128瓦的电力,是任务史上的最低点。NASA的应对是命令机遇号每三天向地球通讯一次,这样的状况是它的任务史上第一次发生,

这个沙尘暴持续到7月底时,NASA宣布了即使是在非常低的电力模式下,漫游车也几乎不能获得足够的能量来生存。如果机遇号的电子模组温度持续下降,根据正式声明,机遇号有很大的风险会经历一段低电力的故障当低电力的故障发生时,漫游车的系统会将电池停机,让漫游车进行睡眠并检查每个任务日来看是否能有足够的光能让漫游车苏醒和执行每天的故障通讯。如果没有足够的能量,机遇号将会持续的睡眠。根据天候状况,机遇号可以睡上数天、数周或甚至于数月之久一切都看它是否能获得足够的光线来尝试让它的电池充电,机遇号再也不会从低电力的故障中醒过来对于当时来讲有相当大的可能性。

到了2007年8月7日,沙尘暴显现出减弱的迹象,而且尽管发电程度仍然偏低还是足够让机遇号开始拍摄并传回照片。到了8月21日,沙尘暴中的沙量持续在增加,车上的电池却能充满电让它可以进行自从沙尘暴开始后的第一次行驶。

2007年9月11日,机遇号花了一点时间驶入“鸭子湾”并且又重复驶出来测试一开始进入维多利亚撞击坑的斜面摩擦力。在同年9月13日,机遇号开始对内部的斜面进行更完整的探勘,调查鸭子湾北部的一连串灰白色岩层和“佛得角”(Cape Verde)正面的细节。

2008年

2008年8月24到28日(第1630到1634个任务日),机遇号在经历了双胞胎勇气号类似遇过踩到道钉似的意外而造成右前轮故障之后离开了“维多利亚撞击坑”。在前往努力撞击坑的路上,机遇号将会在子午线高原上研究一连串的“深色大卵石”(dark cobbles)。

“努力撞击坑”位于维多利亚撞击坑的东南方12公里,直径22公里。估计这段旅程将花上两年的时间才能抵达。科学家期望机遇号能在此撞击坑中发现比维多利亚撞击坑还要大量的岩层。在努力撞击坑边缘发现的含泥叶硅酸盐岩石(phyllosilicate clay-bearing rock)相信会有裸露岩石形状,比先前的分析还要更适宜于生命。

“太阳会和现象”就是地球和火星运行至以太阳为中心间隔的大约相对位置,此时太阳在地球和火星之间;这个现象从2008年11月29日开始而导致漫游车和地球之间的通讯中断,直到同年12月13日才恢复。在这段时间里控制小组计划让机遇号使用穆斯堡尔光谱仪来研究一块被定名为“圣托里尼”(Santorini)的裸露岩石。

2009年

2009年1月29日,由火星侦察轨道器上的“高分辨率制图科学实验”(HiRISE)相机拍摄,途中的圆圈代表机遇号的位置,此地点距离“努力撞击坑”17公里远。

2009年3月7日(第1820个任务日),机遇号自从2008年8月份离开维多利亚撞击坑并行走了约3.2公里后到现在,抵达了“努力撞击坑”的边缘。它也观察到了距离约38公里远的“Iazu撞击坑”,并估算出其7公里的直径。

2009年4月7日(第1850个任务日),机遇号由于太阳能板上的沙尘意外的被清除干净因此电力供应增加了40%而达到了每小时515瓦。从4月16到22日(第1859到1865个任务日),机遇号做了多次的行驶并在那周里总共行走了478米。当机遇号研究一块定名为“Penrhyn”的裸露岩石时,右前轮的驾驶促动器(actuator)在这个时候进行了重置让马达非常接近正常状态。

2010年

在2010年1月28日(第2138个任务日),机遇号抵达了“康塞普西翁撞击坑”(Concepcion crater)。在前往“努力撞击坑”之前,它成功的绕了这个直径10米的撞击坑走了一圈。在这段时间里,电力供应从每小时305瓦降低至每小时270瓦。

在2010年5月5日,由于维多利亚撞击坑和努力撞击坑之间的路线可能有危险的沙丘,于是变更原订路线而延伸至19公里长。

在2010年5月19日,机遇号经过了2246个任务日的运转,超过了海盗1号2245个任务日的纪录而成为历史上持续最久的火星地表任务。

在2010年7月,机遇号的研究小组宣布将以英国皇家海军舰长詹姆斯库克(James Cook)中尉,一位于1769-1771年带领“努力”舰队巡航于太平洋的舰长,作为“努力撞击坑”之中的非正式定名。其中包括了“苦难岬”(Cape Tribulation)、“单峰骆驼岬”(Cape Dromedary)、“拜伦岬”(Cape Byron)(澳洲大陆最早定名的地点)以及“乡下人点”(Point Hicks)(1770年由“努力”舰队所看见的第一个澳洲的地点)。

在2010年9月8日,NASA宣布机遇号已经抵达维多利亚撞击坑和努力撞击坑之间行进路线的一半。

同年11月,机遇号在穿越一片小撞击坑地带时花了几天的时间对一个20米大定名为“勇敢”的撞击坑进行拍照。2010年11月14日(第2420个任务日)机遇号达到了行走25公里的里程纪录,此时距离圣玛利亚撞击坑约1.5公里,并且还有6.5公里才会抵达努力撞击坑。在10月和11月,太阳能电力供应是约每小时600瓦。

到了2010年12月10日,机遇号自从2004年1月25日登陆之后已经在火星地表行进了超过26公里。2010年12月15日(第2450个任务日),机遇号抵达了“圣玛丽亚撞击坑”,控制小组计划让它在接下来的几周勘查这个宽90米的撞击坑(大约一个美式足球场大小)。

2011年

在机遇号抵达“圣玛丽亚撞击坑”的边缘后,控制小组让它转向撞击坑的东南方边缘并且搜集资料。控制小组也对于2011年初,太阳即将位于地球和火星两者之间而导致的通讯中断-“太阳会和现象”做了准备。在2011年1月4日(第2470个任务日),机遇号的电力供应受到0.692数值的火星大气层遮蔽以及0.6205数值的太阳能发电板上积灰而产生每小时584瓦,数据是由NASA的喷气推进实验室所提供。截止至这个时候,漫游车已经在火星地表总共行走了约26.56公里。

2013年

科学家周五形容美国航天局的机遇号火星车走路一瘸一拐和患上了关节炎,但他们称赞它关于火星早期存在过水的新发现。机遇号是在前往红色星球大约10年之后获得这一发现的。机遇号刚刚完成了对可能是其迄今获得的最古老岩石的分析。该岩石被命名为“希望6号”,其中所包含的证据证明火星上曾经流淌着大量可能适合生命的水,这些水在岩石中留下了粘土矿物。

康奈尔大学首席研究员史蒂夫·斯奎尔斯说:“这是强有力的证据,表明水曾经与这块岩石有过相互作用,并改变了其化学结构,显著地改变了其矿物学组成。”

他称这项研究是“机遇”号探测行动开始10年以来“差不多最重要”的成果,因为它所展现的化学过程与以前关于火星上存在水的大多数发现截然不同。火星十分干燥。

科学家相信,大量的水曾经流过火星岩石并穿过岩石上的裂缝,从而在岩石中留下了浓度奇高的粘土。斯奎尔斯说,分析显示有可能适合饮用的水的踪迹,其年龄可以追溯到火星历史的第一个10亿年,当时粘土岩石正形成于一种更为中性的pH值环境下,后来环境才变得更为恶劣,水也变得更具酸性。

机遇号携带的岩石打磨工具、阿尔法粒子X射线光谱仪和显微成像仪为地球上的科学家提供了细节,从而在无需把岩石带回地球的情况下就能让他们了解火星的历史。

机遇号火星探测器与它的孪生兄弟勇气号是在2003年发射升空,并在次年1月登陆火星的。最初的计划是让它们执行为期3个月的探测。两台探测器都曾发现了古代火星环境潮湿的证据。斯奎尔斯在介绍“希望”号岩石组成方面的主要差异时对记者说:“机遇号以前发现的证据大多数是含硫磺酸的。而这一次发现的是可以喝的水。

机遇号火星探测器
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最新更新:2015-07-21 10:08
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