

斯科特·麦克斯韦在第一次驾驶任务结束后,躺在卧室的天花板上,兴奋得难以入睡。一切系统都正常,在他离开喷气推进实验室时,他已经发出了指令。现在,他本该在下一个火星时间班次到来前睡觉。但他知道,在那颗离太阳第四近的行星上,“精神号”探测器的车轮已经开始转动了。
“我当时想,就在那一刻,一个机器人正在另一个星球上,做着我让它做的事情。我无法想象自己能睡着,”麦克斯韦回忆道。“这简直让我惊叹不已。我仍然认为,我日常工作中最神奇的就是,我伸出手,穿越 1 亿英里的虚空,在另一个星球上移动东西。”
麦克斯韦是工程师和科学家团队的一员,他们几乎花费了十年的时间与 NASA 勇敢的火星探索者号探测器“精神号”和“机遇号”一起工作,在风吹过的火星地表上操纵它们,并取得了一系列开创性的新发现。其中许多人,以及一批新研究人员,也将指挥将在三周后着陆的新火星探测器“好奇号”。那辆探测器比双胞胎探测器最初设计的三个月寿命要复杂得多,也强大得多,而且设计寿命也长得多。但 MER(火星探测器)任务,正如它所知的那样,在许多方面为后来的任务奠定了基础——包括如何作为一名火星探测器驾驶员生活和工作。
这些工作人员的工作环境相当普通,穿着平常的衣服,坐在普通的电脑前,在南加州的普通隔间里进行电话会议。然而,他们却在驾驶火星上的小车,这是一项令麦克斯韦这样的团队成员惊叹不已的壮举。这并不容易,无论是对团队成员自己的健康——在火星时间生活对一些人来说简直是地狱——还是对他们的个人关系。但问问他们,他们会说这是他们一生中最棒的一次旅程。
从按下贪睡按钮的那一刻起,驾驶火星探测器就是一件复杂的事情。在任务的早期阶段,工程师们的生活节奏是按照火星时间来的。火星日,称为“sol”,比地球日长约 40 分钟,所以工程师们每天都要晚 40 个地球分钟上班。火星计时需要进行一些详细的计算。从探测器驾驶员的角度来看,这很糟糕——除非你是麦克斯韦,他声称自己很喜欢它。

早起型的人,比如在 JPL 工作的科学家黛博拉·巴斯(她参与了 MER 和“凤凰号”着陆器项目),以及该任务的首席调查员副手雷·阿维德森,对火星时间褒贬不一。“哦,这很伤人,”阿维德森说。“这感觉就像每天都要从欧洲旅行回来一样。”如今,MER 团队会提前规划,以便他们能按照地球的正常时间表工作,但在“好奇号”着陆后,将有 300 到 400 人回归火星时间及其奇特的日程安排。
“就在此刻,一个机器人正在另一个星球上,做着我让它做的事情。这简直让我惊叹不已。”“精神号”和“机遇号”都是太阳能供电的,所以它们必须在火星白天工作,以确保有足够的电力。尽管“好奇号”有核发电机,但它也主要在白天工作,以便它的相机和仪器能够工作。巴斯说,这意味着规划是关键。
“我们想做好准备,以便在探测器一醒来,我们就有一整套任务给它去做,”她说。“我们在火星时间早上 5 点左右发送指令,那是新一天的开始。所以我们说我们上的是火星夜班。”
由于火星时间,这导致了漫长的工作日和夜晚,喷气推进实验室的管理者们必须确保人们回家睡觉。巴斯承认:“这太引人入胜了,以至于很难关掉它然后回家。”
这也很有挑战性,因为团队成员对探测器和彼此都怀有真挚的感情,希望在每一个新的进步中都能在场。这项任务已经成为那些一起工作了十多年的人的基石,他们经历了家庭的生离死别、离婚和其他创伤性经历。最初,工程师和科学家们被分配给其中一辆探测器,并与它们建立了密切的联系,像我们讨论宠物一样讨论“精神号”和“奥珀”的个性。
“我们赋予了它们个性,但这并不意味着它们就不真实了。如果你曾经有第一辆车,并且你爱那辆车——也许它脾气不好,也许它很棒——那辆车对你来说就是某个人。这就像那个,但放大了,”麦克斯韦说。“如果非要说探测器有什么个性,或者‘就是某个人’,那么她所展现出的特质,就是操作她整个团队的产物。”
日常繁琐工作
尽管充满了情感和兴奋,即使是火星探测器的驾驶也始于会议。MER 团队的早晨始于一次规划会议;由康奈尔大学的史蒂夫·斯奎尔斯和圣路易斯华盛顿大学的教授阿维德森领导的科学团队,就探测器应该做什么展开讨论。然后,包括麦克斯韦在内的工程师会将指令传递给探测器本身。(此时是单数,因为“机遇号”是唯一还在工作的探测器;它的双胞胎“精神号”在陷入沙地后失联了。)

火星到地球的光速延迟意味着发送指令、执行指令和确认之间存在很长的延迟。在任务的早期,由于团队正在学习探测器如何响应,所以操作非常缓慢且简单。后来,探测器获得了人工智能升级,以帮助确定有趣的探测目标。这很有帮助,因为火星上的情况变化很快——肆虐的沙尘暴、松软的土壤和其他意想不到的事情可能会破坏最好的计划。
“想象一下,让你带着这样的延迟开车去杂货店。20 分钟什么都没发生,当发生时,你也不知道,因为你的后窗要再过 20 分钟才能更新。”“想象一下,让你带着这样的光速延迟开车去杂货店。在 4 到 20 分钟之间什么都没发生,当发生时,你也不知道,因为你的后窗要再过 4 到 20 分钟才能更新,”麦克斯韦说。为了避免令人痛苦的等待,团队现在会为“机遇号”(以及以前的“精神号”)编程一系列任务,周末最多可安排三天的任务。经过这么多年,他们对探测器的响应时间和能力非常有信心,因此不必以极其详细的方式测试每一个小指令。但“好奇号”任务将在一段时间内这样做。
火星车时间晚些时候,“机遇号”停止行驶,并使用其高增益天线和来自火星轨道器“奥德赛号”的中继器将图像发送回地球。这时,麦克斯韦和他的团队就开始为第二天的工作做准备。在编写指令时,他们可以在一个定制的、类似视频游戏的软件平台上移动一个虚拟探测器,这个平台充当火星探测器的虚拟替身。电脑版本有助于验证指令。
“当它执行时,那里没有人可以按下紧急按钮,所以任何可能出错的事情,我们都必须提前考虑,”麦克斯韦说。
但有时,火星会出乎意料,没有人能做些什么。
失去“精神号”
两辆探测器早期都遇到了一些小问题;它们的太阳能电池板一次又一次地被灰尘覆盖,而“精神号”在任务进行到第二年时失去了一台车轮的控制。一些仪器最终磨损了,比如探测器用来磨损岩石的岩石研磨工具上的钻石。但这些限制都没有构成严重问题。然后,在 2009 年 5 月 1 日,“行动不便的”“精神号”陷入了一个陷阱。
“就像溜冰运动员可能会滑穿冰面一样;‘精神号’滑穿了看起来像是一片非常友好的地形,”麦克斯韦回忆道。“那里的地形更软,更蓬松,所以她很难获得抓地力。”

团队来到 JPL 的探测器测试平台,那是一个沙箱,里面有一个全尺寸的复制探测器,他们可以在那里尝试一些机动。他们有一个计划,并在火星冬季开始前不久开始发送指令——然后又有一台车轮坏了。尽管如此,麦克斯韦和他的团队还是想出了一种方法,基本上是通过在后面堆积泥土来帮助“精神号”游出陷阱。在太阳在地平线上落得太低,探测器的太阳能电池板倾斜方向不对之前,他们取得了 30 厘米的进展。“精神号”进入了休眠状态,据所有人所知,她再也没有醒来。NASA 发送了超过 1300 次尝试呼叫该探测器,直到去年才最终放弃。
“胜利就在眼前,但我们就是没有时间。这令人心碎,”麦克斯韦说。
这次经历激发了阿维德森对火星地形力学(研究不同深度和地壳下土壤的特性)的兴趣。他是“好奇号”一项新地形力学实验的联合研究员,该实验将利用探测器传回的详细遥测数据,帮助它规划安全路线,避开像“精神号”陷入的那种沙坑。它还将帮助科学家了解地壳土壤是如何形成的,以及它们与现代火星水循环的关系。这是基于阿维德森建立的一个系统,用于解救“精神号”。“我决定那种事再也不会发生了,”他说。
系统每两秒记录一次探测器的俯仰、偏航、滚动和电机电流,同时构建地形图。然后,这些数据会被输入到一个计算机模型中。“好奇号”系统将以类似的方式工作。以下是 MER 项目的一个例子,称为 Artemis。

除了帮助未来的火星任务,所有火星探测器驾驶员的工作——火星时间的日常生活、熬夜和错过的约会——都吸引了公众的想象力,并改变了我们看待邻居行星的方式。这颗以战神命名的红色星球不再是一个如此陌生的世界;现在它是一个充满尘土、锈红色的景观,人类可以在其中虚拟地奔跑。正如麦克斯韦指出的,这些探测器差不多有普通人的身高,它们以立体彩色视觉看到世界。
“当你通过它们的眼睛看火星时,你就像通过自己的眼睛看它一样,”他说。“我们还无法以我们脆弱的人类身体去那里,但我们可以派机器人回去,它们可以给你发回‘度假照片’,让你感觉自己好像亲自去过火星一样。”
尽管公众在过去十年里给予了极大的关注,但探测器现在已经淡出了大多数人的记忆,就像常规的航天飞机发射有时也无法登上报纸一样。但“机遇号”仍然在不断带来新的发现。
“1969 年,我们把宇航员送上了月球。你晚上出去看看天空中那个巨大的东西——人们在那上面行走,天哪。但到了阿波罗 17 号,所有人都对它感到厌倦了,”麦克斯韦说道。“所以我们不再是每天的头条新闻,我理解。但对我来说,它永远不会过时。”
阿维德森也表达了同样的感受:“我们在另一个星球上驾驶探测器。怎么可能不好玩呢?”
