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勇气号火星探测器

即勇气号火星车

勇气号火星车,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。勇气号是两部双胞胎火星车中的第一部,代号MER-A。

勇气号于2003年6月10日13时58分46.773秒(美国东部时间)在卡纳维拉尔角空军基地成功发射,并于2004年1月3日在火星成功软着陆。

2009年5月,勇气号车轮陷入软土,无法动弹。2011年5月25日,任务结束。

中文名称勇气号英文名称Spirit
代号MER-A研制国家美国
发射时间2003年6月10日13时58分46.773秒发射场卡纳维拉尔角空军基地
运载工具德尔塔2型运载火箭软着陆时间2004年1月3日
任务结束时间2011年5月25日

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。勇气号是两部双胞胎火星车中的第一部,代号MER-A。

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,第一部火星车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,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。

勇气号的机械手臂

图:勇气号的机械手臂

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。

登陆火星

勇气号要在短短6分钟的时间内,以每个小时12,000英里的速度急速下降。

勇气号将会以每小时12000英里的速度穿行在火星大气层。由于大气摩擦,隔热屏的外表面的温度与太阳表面温度一样,达到1447摄氏度,但由于勇气号探测器受到隔热屏的保护,登陆器内的勇气号火星车的温度却只有大约常温(20摄氏度)那么高。而从空气动力学上讲,隔热屏就像太空飞船的第一道“闸”,使勇气号探测器的速度每小时下降了几千英里。

大约4分钟后,太空飞船的速度会降至每小时约1000英里,而且距离火星表面也只有3万英尺的高度。此时,超音速降落伞就会打开。勇气号的降落伞是在海盗号和火星探路者号所使用降落伞的设计和经验的基础上改进的。勇气号的降落伞要比火星探路者号所使用的降落伞大40%左右,是用双层轻质织品(聚脂和尼龙)制成的。

降落伞打开后20秒,隔热屏工作结束,与登陆车分离。

隔热屏抛离10秒后,登陆车与保护壳分离,向预定着陆点落去。此时勇气号的高度约为20000英尺。

距火星表面大约8000英尺。勇气号上的雷达系统开始测试其海拔和垂直高度。这些数据将帮助着陆系统决定发射减速火箭的时间。

在雷达系统测算相关数据时,一部垂下的摄像机将给火星地表拍三张照片,与明显的参照物进行对比,确定登陆者在火星地表作水平运动时的速度。这次测量所得的数据将决定制动火箭系统点燃哪一个横向喷射火箭。

安装在登陆车上的特高频天线展开,一旦登陆车与保护壳分离,就开始发送数据。这部天线可向“火星全球勘测者”号探测器发送数据,这个时候,“火星全球勘测者”正好从登陆车的头上飞过,将相关数据几乎是即时地发回地球。向“火星全球勘测者”发送数据于晚上8时42分结束。虽然科学家对这个联系过程进行了深入研究并进行了模拟试验,但他们仍不敢保证联系一定能成功。当登陆车与保护壳分离时,它自身携带的一部X波段天线开始向地球发送语调信号,直到着陆前6秒。在探测器着陆、反弹和滚动期间,这部天线只发送载波信号。

气袋充气是为了保护登陆车在火星坚硬的表面实现软着陆。勇气号的气袋与1997年“火星探路者”号的气袋是同一型号。对气袋的要求非常高,不能破损,因为它必须在火星表面弹跳许多次。

在进入火星大气层后,着陆之前,也就是登陆车距离地表只有一个足球场的长度时,三枚火箭点火,在距离地表约40英尺地高度,将气袋包裹的登陆车垂直速度降为零。

在登陆车的特殊结构和气袋的保护下,勇气号可以弹起四到五层楼的高度,在火星表面滚动1公里远。太平洋时间晚上8时45分,登陆器在火星表面停稳。

在勇气号着陆后大约14分钟,在他停止弹跳和滚动后4分钟,X波段天线恢复音调发送。如果登陆器刚好底坐在下面,那么这部天线将位于登陆器的最高点,最有利于向地球发送信号。150秒后,停止发送音调信号。但是,如果登陆器着陆后是其他姿势,那么,3分钟后,安装在基座的另一部X波段天线就会伸出来,也向地球第十七关:重要的部署开始

着陆成功后,登陆器将在接下来的80分钟或更长的时间里展开一系列的重要部署,这要看它着陆后是什么姿态。登陆器将缩回气袋,展开太阳能电池板,伸出全景摄像杆。发送150秒的音调信号。

任务经过

勇气号原设计工作寿命只有三个月。但却一直工作到2011年。

因为太阳能电池板的蒙尘,勇气号的电力供应一直在持续下降,2005年3月12日和2009年2月6日两次大风吹散了尘埃,电力得到恢复。

2006年,六个车轮中的右前轮失灵。

2009年5月,在通过特洛伊沙地时,车轮陷入软土,其中一个故障又使勇气号无法动弹,之后的观测一直被限制在原地,此后有过几次解救行动但都失败。

2010年1月26日,NASA宣布放弃拯救,勇气号从此转为静止观测平台。

2011年3月22日,NASA最后一次联络上勇气号;2011年5月25日,NASA在最后一次尝试联络后结束勇气号的任务。

漫画一幅

不管如何都会继续前进的勇气号是辆好的火星车

不管如何都会继续前进的勇气号是辆好的火星车

 

陷入沙地不能动弹

2009年,勇气号在赶往过冬地点的路上不慎陷入沙地不能动弹。在那之后,美国航空航天局经验丰富的工程师们使尽浑身解数,希望能营救勇气号。因为火星车是依靠自身的太阳能电池板来提供能量的,而一旦冬季来临,太阳光照强度将急剧下降,此时火星车必须找到一处安全的向阳面,将自己的太阳能板稍稍倾斜,对着太阳的方向,这样才能勉强获取足够的电能熬过可怕的火星冬天。

可是尽管地面控制人员想尽办法,勇气号还是没能脱离险境。由于这一意外的事件,勇气号没能及时赶到地面控制中心帮她精心选定的过冬地点,随着冬季的到来,勇气号最终进入休眠状态,至今没有苏醒。在过去的几个火星冬天,勇气号都是靠着这种方法度过了漫长的冬天。

但即便进入休眠状态,根据设计,一旦春天来临,日照开始变长,勇气号应当就能获得更多的电能并从休眠中苏醒。但如果勇气号的电池在此之前失去了过多的电能,那么它自带的时钟将丢失时间记录。

在这种情况下,勇气号仍然可以苏醒过来,但是它将不记得现在是什么日子,什么时间。这种故障称作“任务时钟错误”。此时,勇气号将会自动尝试和地球进行联系。

来自华盛顿大学圣路易斯分校的科学家瑞·艾维德森认为,在现在的阶段,能再次听到勇气号呼唤的可能性小于50%,但是他仍然支持继续进行尝试。他说:“如果我们再次听到了勇气号的呼唤,我会很高兴,很惊喜。我说很惊喜,是因为我们实在等的太久了。”

现在,地面控制中心的科学家们正尝试通过不同的频率,在一天中不同的时段尝试进行监听,以防止错过勇气号在失去时间意识之后可能发生于任何时候的呼叫。控制人员还同时尝试向勇气号发送指令,命令她打开备用无电线天线,以防止主天线损坏导致的通讯中断。

但这不可能长久进行下去,总有一天,如果一直没有回音的话,宇航局将不得不正式宣布勇气号已经永远失去了。在那之后,地面仍将不定时的尝试监听勇气号的呼叫,直到今年年底。

2011年3月22日,NASA最后一次联络上勇气号;2011年5月25日,NASA在最后一次尝试联络后结束勇气号的任务。

勇气号火星探测器
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最新更新:2015-08-07 11:53
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