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凤凰号火星探测器

凤凰号火星探测器(英文名称:Phoenix Mars Lander),是美国研制的火星探测器,原意为凤凰号火星着陆者。凤凰号在火星北极地区着陆,关对火星实施为期90天的探测任务,探索火星是否存在冰或者水。

凤凰号于2007年8月4日5时26分24秒在卡纳维拉尔角空军基地成功发射,经过4.22亿英里的长途跋涉,于2008年5月25日在火星北极附近地区成功着陆。

凤凰号于2008年11月2日与地面失去联系,冻死在火星,结束其探测使命。

中文名称凤凰号火星探测器英文名称Phoenix Mars Lander
研制国家美国发射时间2007年8月4日5时26分24秒
发射场卡纳维拉尔角空军基地运载工具德尔塔2运载火箭
着陆时间2008年5月25日

研制背景

凤凰号的着陆地点设在纬度同地球格陵兰或阿拉斯加州北部相当的广阔浅谷。凤凰号着陆地点之所以选择在北极点,是因为以前的探测器曾发现冰冻水潜伏于火星地表之下的证据。有科学家认为火星上一个宽30英里左右的浅滩可能是古代海洋遗留下来的。但是,凤凰号将会寻找已经存在10万年的液态水的证据,现如今,干涸的火星表面没有液态水,凤凰号的任务就是探测地下冰是否已经融化,创造了更为潮湿的环境。

科学家一般认为,融化的冰水以及有机物质和稳定热源是生命存在的三要素。为了避免凤凰号无意之中将地球有机物带到火星,技术人员在准备探测器发射时必须多加小心。凤凰号已经过干热处理和精确清洗,使其表面微生物数量降至最低。另外,作为防污染的举措之一,它的机械臂还被封存于特殊材料之中。

凤凰号软着陆难度有多大

与利用安全气囊反弹到降落地点的姊妹火星漫游者勇气号机遇号不同,凤凰号是利用反冲火箭下降,能更加准确地降落在预定地点。这种推进降落方法也更适用于更加沉重的飞船降落,美国航空航天局需要利用这种方法支持可能的人类火星探索。据称,凤凰号在火星表面着陆的成功率并不高。从历史上来看,55%尝试着在火星表面降落的努力都以失败而告终,而凤凰号利用的着陆方法已经有32年没有尝试过。

着陆过程

2008年5月25日晚上7时39分,凤凰号与其巡航级火箭分离,此时距火星表面还有14分钟。

7时46分33秒,凤凰号开始进入火星大气层。凤凰号以时速20277公里的速度进入火星大气层。约4分钟后,凤凰号打开减速伞。

7时53分,凤凰号成功着陆在火星北极地区。

凤凰号着陆后所拍摄的太阳能电池板

图:凤凰号着陆后所拍摄的太阳能电池板

火星勘测轨道飞行器拍摄到的凤凰号着陆器与抛弃的隔热罩减速伞

图:火星勘测轨道飞行器拍摄到的凤凰号着陆器与抛弃的隔热罩减速伞

成功着陆后,凤凰号将在原地等候15分钟,待着陆掀起的尘埃物质落定,它将展开太阳能电池板,升起气象天线杆,将周围环境的第一批照片传回地面。在接下来的几个火星日,凤凰号将检查机载仪器,伸展机械臂铲起第一堆火星土壤样本。一个火星日约比地球上的一天长40分钟。在度过第10个火星日之前,凤凰号将进入“挖掘”阶段,每天有两小时用来挖土壤,这个阶段预计将占据此次任务的绝大部分时间。

凤凰号设计

凤凰号的设计很独特,有三条腿支撑,机械臂长20英尺,由铝和钛两种材料制成,工作起来像一台反铲挖土机,一铲下去能在火星上挖出20英寸深的沟,接着旋转就能将土壤样本取出。尽管凤凰号缺乏探测火星过去或当前生命形式的工具,不过科学家仍然希望它能揭开火星北极圈是否含有适合微生物生存的迹象之谜。

凤凰号由美国航空航天局下属喷气推进实验室负责管理,造价4.2亿美元,几乎是造价8.2亿美元的机遇号和勇气号的一半。

凤凰号探测器是一个由3条腿支持的平台,平台直径1.5米,高约2.2米;其中心是一个多面体仪器舱,舱左右两侧各展开一面正八边形太阳能电池阵,跨度5.52米。与“火星极地着陆者”相比,凤凰号探测器的最大变化是提高了太阳能电池的性能。

凤凰号名称具有特殊意义

凤凰号探测器的名称有着特殊意义,美宇航局希望它能在以前任务失败的基础上,完成凤凰涅槃般重生。凤凰号原计划作为奥德赛号探测器的一部分,一同飞向火星,不过因为担心发射日程安排过于紧密会适得其反,于是在1999年取消了发射计划,奥德赛号探测器最后只身前往火星。

科学探测仪器

凤凰号探测器由洛克希德·马丁公司制造,携带了类似于“火星极地着陆者”探测任务所搭载的一些科学仪器。据喷气推进实验室项目主管巴里·戈尔茨坦介绍,工程师们在过去四年对凤凰号进行了严格测试,“以将这套系统可能遭遇到的一切故障提前排除。”如果凤凰号能顺利完成其主要探测任务并幸存下来的话,随后它将变成一个气象站,用于收集有关火星大气层的数据。

凤凰号探测器携带了7种科学探测仪器,美国航空航天局工作人员把它们戏称为7种探索火星生命来源的“秘密武器”,它们分别是:

1、机械臂(RA)

它是凤凰号探测器上最重要的设备,用来挖取火星表面及表面下层的土壤样品。它将挖得的样品送入着陆器搭载的“显微镜电化学与传导性分析仪”和“热与气体分析仪”中进行化验分析。

凤凰号探测器的机械臂

图:凤凰号探测器的机械臂

机械臂长2.35米,有4个自由度,末端装有锯齿形刀片和波纹状尖锥,能在坚硬的极区冻土表面,挖掘1米的深坑。机械臂还可为装在臂上的相机调整指向,引导测量热与电传导性的探测器插入土壤。

2、显微镜电化学与传导性分析仪(MECA)

它是在“火星探路者”计划中所使用的仪器基础上略加改进而成的,包括湿化学实验室、光学显微镜、原子力显微镜和热与电传导性探测器4台仪器,用以检测土壤的元素成分以及给土壤样品拍摄成像。

3、热量和释出气体分析仪(TEGA)

它包括微分扫描热量计和质谱仪两部分,用以对土壤样品的吸热和散热过程进行观测记录,并对加热后释放出的挥发物进行分析。

4、表面立体成像仪(SSI)

用以测绘高分辨率的地质图和机械臂作业区地图,进行多光谱分析和大气观测。它可拍摄着陆位置地形的高清晰度、彩色、立体图像。

5、机械臂相机(RAC)

它安装在机械臂末端的挖掘铲上,用以拍摄机械臂采集的土壤样品的高分辨率图像,分析土壤颗粒的类型和大小。

6、火星下降成像仪(MARDI)

用于在凤凰号下降过程中动态拍摄火星表面,勘察着陆点附近的地质情况。

7、气象站(MS)

这是加拿大宇航局为凤凰号着陆器专门研制的新仪器。它由激光雷达和温度压力测量装置两部分组成,可以监测火星大气层的尘埃、温度等变化,记录火星北极每天的天气状况。

任务简介

在火星地表之下“探冰”

凤凰号在着陆之后利用先进的铝钛合金机械挖掘臂等7种仪器开展各种探测,如在火星地表之下“探冰”,寻找火星历史可能存在某种生命形式的新线索,以及观测火星北极气候循环模式等。

欲揭示火星冰冻水来源

此前的火星探测结果表明,这颗红色星球现虽然干燥、贫瘠,但远古时期很可能遍布着河流与海洋。科学家相信,火星上很可能有过某种形式的生命存在。

2002年,美国奥德赛号探测器曾在火星北纬65度以北发现大范围冻水层存在的证据。凤凰号就是奔着这片冻水层而去。

科学家猜测,冻水层可能是火星远古海洋的冰冻残留物,也可能是火星大气层中的水蒸气散播到地表之下形成的,或者是远古巨大冰原后退时遗留下来的。

凤凰号“探冰”的一个重要目的,是探测火星极地的地下冰是否存在融化并创造出一个湿润的“地下小环境”的可能。

科学成果

发现火星下雪

凤凰号探测器上一个用来收集火星大气层和火星表面相互作用的激光设备已经探测到火星降雪,降雪来自凤凰号着陆点上空大约四千米的火星云层,数据显示降雪在到达火星表面前已经气化。

负责凤凰号气象检测系统的加拿大约克大学教授吉姆·怀特威说,火星上下雪的景观从来没有被发现过,科学家未来将寻找可能降落火星表面的降雪。

找到了火星上存在碳酸钙和粘土的线索

凤凰号着陆后,凤凰号将在其微型火炉中加热火星土壤样本,研究其化学构成。凤凰号找到了火星上存在碳酸钙和粘土的线索。碳酸钙是石灰石的主要成分,在地球上,绝大部分碳酸盐和粘土只有在液态水的作用下才能形成。这些证据来自凤凰号上的热力与释出气体分析仪(TEGA)及电化学传导性显微镜分析仪(MECA)。

凤凰号采集到的火星土壤样本被装入“热力与释出气体分析仪”进行加热,结果释放出无色气体,经质谱仪分析,这种气体就是二氧化碳,而且释放气体的温度与大家熟知的碳酸钙释放二氧化碳温度一致。通过电化学传导性显微镜分析仪检测,发现土壤样本中钙的浓度与碳酸钙缓冲液的钙含量一致。此外,通过凤凰号上的原子力显微镜分析,土壤中有一些表面光滑的微粒,这些微粒与粘土十分相像。

结束使命

由于凤凰号着陆地点所在的火星北半球正由夏季转入秋季,由于白昼变短,探测器的太阳能电池板收集太阳光的时间变少,凤凰号的发电量在一直降低。

美国国家航空航天局从2008年6月28日起开始逐个关闭凤凰号上4个加热器。没有了这些加热器,凤凰号上的机械臂将无法继续使用。随着火星进入严冬,凤凰号的信号将最终消失。

凤凰号火星探测器
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最新更新:2015-07-21 13:57
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