帕萨迪纳 — 今天晚些时候,一个大致形似鸡肉派的白橙色航天器将以每小时 13,200 英里的速度冲入火星大气层。下降过程中,火星科学实验室探测器的周围将形成一个 3,800 华氏度的高温火球,就像一颗按弹道轨迹飞行的受控陨石。美国东部时间晚上 10:31 / 东部时间凌晨 1:31,NASA 希望能听到它在七分钟的惊魂时刻安全减速至零英里/小时,并准备好探索火星。
火星探测器“好奇号”的进入、下降和着陆(EDL)是这个拥有粗壮机械臂、携带实验室设备、大小堪比汽车的探测器最有趣的部分——当然也是最疯狂的部分。NASA 的工程师和管理人员一直表示,这是人类在另一个星球上进行的“最复杂的着陆”,这确实没错。但那个“鲁布·戈德堡式”的空中吊车运送系统既不是最危险的,也不是风险最高的。它实际上是 NASA 工程师认为唯一可行的方案。
火星探测器“勇气号”和“机遇号”是通过降落伞降落到地表,然后依靠安全气囊缓冲弹跳着陆。而“海盗号”着陆器则依靠自己未受保护的支架着陆,先是用降落伞,然后用反推火箭减速。但“好奇号”探测器太重、太大,无法使用安全气囊——它需要太多气囊,以至于着陆后可能会被瘪掉的气囊缠住而无法脱身——而且如果让它降落在一个三条腿的平台上,它就需要设法开下来,而这就需要一个更小的探测器。
“经过大量的仔细思考和分析,空中吊车不仅看起来不再疯狂,而且它还具有大量的极其有价值的功能,”进入、下降和着陆团队的飞行系统开发经理 Jordan Evans 说。“它只是恰好非常优雅。”
今晚将发生的事情,大约从太平洋时间晚上 10:07 开始
指令:do_EDL
控制“好奇号”的软件将自主处理一切。输入此指令后,EDL 序列开始。首先,火星科学实验室航天器抛弃两个笔记本大小的钨块配重,这会微调其进入角度,从而像飞机机翼一样产生升力。这有助于它利用侧面的推进器进行转向。然后,在大约 7 英里高的地表上方,一个超音速降落伞展开以减慢其速度。但这还不够——要完全停止,“好奇号”还需要一个火箭驱动的下降级和一个卷轴。
在距离地表一英里处,仍然冒烟的航天器剪断了降落伞,脱离了气动外壳,自由落体坠向地表。“我们在学习飞行,但我们没有翅膀——着陆是最难的部分,” NASA 的火星项目经理 Doug McCuistion 引用汤姆·佩蒂的话说。
在自由落体几秒钟后,空中吊车系统启动了其反推火箭。此时,“好奇号”被固定在其下降级中,轮子朝下,暴露在外,没有安全气囊。航天器腹部的雷达开始寻找地面,寻找一个柔软、平坦的地点进行着陆。
距离地表几米处,三根缆绳解开,以每小时 2 英里的速度将探测器降低到地表。探测器坚固的减震系统可以承受这个高度的跌落;你可以想象当轮子接触火星尘土时关节会发出吱嘎声。然后,三把爆炸刀切断了脐带,下降级在火箭仍然轰鸣的情况下飞离,坠毁在约 450 米外的地方。
EDL 团队的飞行动力学和操作负责人 Allen Chen 表示,早期曾讨论过将下降级用作二次着陆器,但很快就被驳回,转而选择使其坠毁。“一次着陆已经足够困难了,”他说。“它那时已经完成了它的任务。它英勇牺牲。”
整个过程将自动进行,79 个爆炸装置将完美地依次启动,以释放降落伞、气动外壳、隔热罩等。NASA 火星科学实验室的工程师们将与其他人一样,无法控制任何来自地球的操作,因为两个行星之间存在 14 分钟的光速延迟。“好奇号”只能靠自己。它将发送简短的 X 波段无线电信号,基本上是来自火星的短信,让地球上的每个人知道发生了什么——但我们将在降落伞展开时失去信号,此时地球在地平线上在地火星上落下。
McCuistion 指出,发射通常是航天器最麻烦、最混乱的经历,但这个航天器还有很长的路要走。“我们还没有结束危险和风险,”他说。
NASA 一直在努力管理人们对此次发射的期望,并指出“火星很艰难”,并且“绝大多数”飞往火星的任务都已失败。科学研究人员、探测器设计师和 EDL 工程师们都明显很紧张,但也表面上很自信它会成功。每个组件都经过了数百次的测试和再测试,Evans 说这有所帮助。
“这些单独的测试项目都不会让我担心——它们让我感到自信。然后我就会担心整个事情,”他说。
EDL 团队的 Adam Steltzner 周日早上简洁地总结道:“我们理性地自信,但情感上充满恐惧,”他说。
McCuistion 曾多次表示,如果任务失败,工程师们会振作起来,掸去身上的灰尘,然后或许会再试一次。他们别无选择。“科学就在地表,”他说。“我们需要不断回去。”