观看“毅力号”探测器完成其壮观的火星着陆

看看从火星表面传回的第一批图像。
An artist's interpretation of Perseverance, NASA's newest Mars rover, parachuting down from orbit.
毅力号将在火箭点火减速之前,以降落伞的形式降落到这颗红色星球上。NASA/JPL-Caltech

更新于2021年2月18日 下午4:05 EST:毅力号已成功着陆火星表面,并拍摄了两张红色星球的图像。

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熟能生巧,NASA希望在今天晚些时候将其最新的火星车“毅力号”成功降落到火星表面,并实现练习和完美兼顾。如果成功,毅力号将标志着NASA连续第六次成功着陆红色星球。如果失败,将是该机构22年来首次发生坠毁事故。

当一系列如同鲁布·戈德堡装置般的复杂机械装置试图将这个重达一吨的科学实验室——目前正以每小时超过12000英里的速度冲向太空——安全地减速并平稳着陆时,着陆过程将近乎实时进行。请于美国东部时间下午2:15,在任意一个视频流媒体平台上观看(有英语和西班牙语版本),观看这辆火星车以一种前所未有的方式结束其星际旅程,并希望开始其科学使命:搜寻古代外星生命的迹象。

毅力号大约在七个月前从卡纳维拉尔角发射升空,这是利用每两年一次的发射窗口从地球前往火星的航天器队伍中的最后一艘。它也是继阿联酋的“希望号”轨道探测器和中国的“天问一号”探测器之后,第三艘抵达火星的航天器。

虽然这辆SUV大小的车辆看起来与其前身“好奇号”几乎一样(“好奇号”目前正在火星上庆祝其第十个(地球)年运行),但“毅力号”任务代表了一个长达数十年的天体生物学计划的顶峰,该计划旨在回答一个根本问题:外星生命是否曾经生活在红色星球上?

NASA此前曾两次接近发现火星上的微生物生命迹象。在1970年代,当“维京号”着陆器试图培养可能生活在火星土壤中的理论细菌并寻找它们活动的迹象时,仪器报告的结果相互矛盾。它们探测到可能的异星消化产生的碳的微弱信号,但没有预期形成生物的有机分子。然后,在1996年,研究人员在一个火星陨石中发现了晶体形状,他们认为这只能是生命雕刻的。其他研究人员则发现了可能的非生物起源。一些科学家继续争论这两种观测结果的解释,但一条教训很清楚。行星科学家必须在天体生物学家能够辨认出生命细微迹象之前,更加详细地研究化学物质、气体和矿物质在火星上的混合情况。

通过一系列越来越复杂的轮式车辆,包括“旅居者号”、“精神号”、“机遇号”和“好奇号”的漫游,NASA已经完成了许多火星地质和化学方面的准备工作。现在,它已准备好攻克最后的考试:火星生物学,而“毅力号”配备了一套先进的仪器。它的组合感官将搜寻研究人员能够想到的最普遍的生命迹象——以不太可能以其他方式形成的模式聚集在一起的分子。该探测器还将收集火星上的第一批样本(将由未来的任务返回),测试一种从稀薄的火星大气中生产氧气的原型机,并部署第一架地外直升机

为了寻找古代生命的化石痕迹,天体生物学家选择了杰泽罗撞击坑,这是一个35亿多年前河流汇聚的盆地。该地点不同时代和地点的岩石和沉积物的范围长期以来一直引起研究人员的兴趣。一些科学家曾提议将“好奇号”降落到那里,但其科学上多样化的特征也使其成为后勤上的噩梦。“中间有一道陡峭的悬崖穿过中心,而在外缘,有一个岩石区,就像你在山脚下看到的,”毅力号的制导、导航和控制操作负责人Swati Mohan说。

任务规划者能够批准将这个耗资27亿美元的飞行器投放到杰泽罗撞击坑的众多危险区域的中心,这在很大程度上归功于一项为此目的开发的新技术:NASA为这艘航天器配备了眼睛、它将前往的地形知识,以及比以往任何着陆器都更灵活地自主选择着陆点的能力。

在载有毅力号的航天器进入大气层后,大部分下降过程将与“好奇号”的情况相同。首先,降落伞将展开,将飞行器从超音速速度减至每小时200英里。降落伞脱落后,航天器将启动一组向下喷射的火箭,以进一步减慢其速度。最后,一个几乎悬停的“天空起重机”将按照计划将毅力号降落到地表。NASA将从高层大气到地表的这段旅程称为“恐怖七分钟”,因为当控制室收到下降开始的信号时,地球和火星之间的光速延迟意味着,无论如何,毅力号将已经着陆。

如果飞行器完好无损地抵达杰泽罗撞击坑,部分原因将归功于一项仅在降落伞分离后20秒内运行的新功能。在2011年的这个时候,“好奇号”只能根据风向左或向右选择以避开降落伞。但这次,毅力号的摄像头将拍摄地面照片,同时机载硬件将照片与存储的地形图进行比较,并寻找最安全的着陆点。对毅力号而言,这意味着它可以在侦察过程中向上飞行0.4英里,以寻找远离湿滑斜坡、危险岩石区或粘性沙陷的特定地点。

虽然你永远不知道火星会给你带来什么,但NASA对“毅力号”精心编排的着陆程序的信心很高。它对“好奇号”来说很有效,而这个新的“视觉着陆系统”已经过全面测试,包括2019年在野外的测试。Mohan说:“为了让我们谦虚并确保我们没有遗漏任何东西,我们把它带到死亡谷,并在看起来像火星的地形上飞行。”

她补充说,NASA在火星模拟器中进行了许多数字着陆测试,该模拟器可以计算出在有阵风、扬尘、耀眼的强光条件下,或者如果航天器不幸降落在约三英尺宽的岩石上时,着陆可能会如何进行。Mohan说,视觉着陆系统可以探测并避开18英尺宽的危险地形区域,但无法看到小于该尺寸的物体。她说,“好奇号”在杰泽罗撞击坑安全着陆的几率只有86%,而“毅力号”的眼睛和大脑将这一几率提高到估计的99%。

无论如何,Mohan和她的同事们只有一次机会将真正的“毅力号”带下来。今天,他们希望他们所有的练习都能得到回报。

 

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Charlie 是一名记者,报道地球内外物理科学领域的发展。除了《流行科学》,他的作品还发表在《Quanta Magazine》、《Scientific American》、《The Christian Science Monitor》等刊物上。此前,他曾在莫桑比克和日本教授物理和英语,并在布朗大学学习物理。您可以在这里查看他的网站。


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