漫步火星九年,它是如何保持“好奇心”的 | 火星探测简史
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发布时间：2022-12-28 02:47
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时间：2023-10-21 22:22
火星科学实验室（MSL） 是NASA火星探测计划的重要组成部分， 由巡航级、着陆器和漫游车等主要分系统组成 。
其中漫游车就是著名的 好奇号（Curiosity） ，无论是技术水平、创新着陆方式还是取得的成果， 好奇号 都是火星探测计划中的重器。
基本介绍
MSL 重达3893千克。在当时已经发射的火星漫游车中， MSL 携带的 好奇号 是最大的一个，尺寸约为小型SUV的大小——长3米，宽2.7米，高2.2米（不含机械臂），机械臂伸展后约2.2米。 好奇号 漫游车总质量899千克。电源系统包括 蓄电池组 和 钚-238放射性同位素温差发电机 。
好奇号 的任务时间按计划是持续 一个火星年 或大约 23个地球月 。
MSL 及 好奇号 漫游车任务的主要目标是，评估火星是否有过一个适合微生物等 生命 形式生存的环境。
为了做到这一点， 好奇号 携带着当时最先进的工具。
漫游车的设计是为了挖出泥土和岩石并分析它们的形成、结构和化学成分，以便 寻找生命的化学组成元素 。
好奇号 能够利用其六轮摇杆转向架系统以 每小时90米 的速度移动，并 由核动力电源提供动力 ，确保至少一个火星年的运行寿命。
好奇号 本身创新特点十分明显，是火星探测史上一个 重要的里程碑 。它的运行在很大程度上依赖于2001年 火星奥德赛号 和 火星勘测轨道器（MRO） 的通信能力。
MSL计划 的费用估计 超过10亿美元 ，加上发射推迟了两年，导致对维持未来任务的费用和时间表提出了更高的要求。
好奇号 漫游车安装的 科学仪器 包括桅杆摄像机、火星透镜成像仪、火星下降成像仪、α粒子X射线光谱仪（APXS）、化学与摄像仪（ChemCam）、化学矿物学X射线衍射/X射线荧光仪、火星仪器套件（SAM）样品分析仪、辐射评估探测器（RAD）、中子动态反照率（DAN）、漫游车环境监测站（REMS）、火星科学实验室进入下降和着陆仪器（MEDLI）等。
2011年11月26日美东时间10:02， MSL探测器 由 宇宙神V-541运载火箭 发射升空，开始了重任在肩的火星之旅。
好奇号着陆火星
MSL 发射后，以35.5 倾角被送入165 324千米的地球轨道。15时33分，半人马座上面级启动，将 MSL 送入星际转移轨道飞往火星。
MSL 采用了一种独特的进入、下降和着陆（EDL）方式，旨在避免在最后阶段用火箭反推减速下降导致 对火星表面和大气扰动 ，影响探测结果的真实性。
MSL 比此前任何火星着陆器重得多，这给工程师们设计带来了严峻的挑战。
MSL 使用了 完全自主 的进入-下降-着陆模式， 无需地面干预 ，涉及四个独立阶段：引导进入、降落伞下降、动力下降和空中起重机着陆，整个过程只用了 7分钟 。
引导进入 由小型姿态控制发动机实现，将 MSL 的着陆区缩小到了20 7千米。
减速到1.7马赫后，一个 超音速降落伞 展开，隔热防护罩抛落，在大约1.8千米的高空，速度降到100米/秒。
动力下降 阶段，启动着陆器八个可变推力单组元联氨小发动机，使 MSL 进一步减速。
在着陆的 最后阶段 ，着陆器充当空中起重机的作用，它由发动机反推在空中悬停，并用一个7.6米的系绳将 好奇号 缓慢吊挂下降。
2012年8月6日美东时间05:17， 好奇号 轻轻落在火星上，着陆2秒后，空中起重机/着陆器被释放，飞走并坠毁在大约650米外。
好奇号 降落在 盖尔 陨石坑，这是一个直径154千米的陨石坑，估计有35-38亿年的 历史 ，精确的着陆坐标为南纬4.5895 ，东经137.4417 。
8月15日，好奇号开始进行仪器初始化和可运动性检查，8月29日开始第一次行驶。
MSL 比以往任何火星探测器都有 更高的净空条件 和 更大的机动性 ， 它的行驶距离可达5-20千米 。
在 探索 火星和行驶考察期间， 好奇号 漫游车将 收集、研磨、分配和分析 大约70个土壤和岩石样本。
首次前行距离约4.5米，旋转120度，然后倒车约2.5米。
在第一次驾驶之前，地面任务控制人员需要确保漫游车车轮正下方的表面不会造成直接危险。他们还需要完成桅杆、高增益天线、取样系统的就位部署，测试通信链路，并在将称为“踏板踩到金属上”之前进行一些其他检查。
2012年8月22日， 好奇号 漫游车在火星上 完成第一次试驾 。
着陆后最令人担忧的问题之一是 漫游车的稳定性 。
尽管漫游车可以应付高达50度的陡峭悬崖，离地间隙为60厘米，但仍 无法预测其着陆的最后位置 。
比如说，如果漫游车的一个轮子停在岩石上，另一个轮子停在斜坡上，工程师们就会想知道这一点，并确保漫游车能够成功地移动到一个更安全的位置。
随后， 好奇号 完成了一系列 自动计算机程序注入 ，以确保所有系统按预期运行，并检查周围环境，包括：测量火星温度，保证各仪器操作正常；使用高增益天线测试与地面的通信；使用超高频天线测试与地球和轨道航天器的通信；打开装有全景和导航摄像机以及一些科学仪器的桅杆；着陆后尽快拍照，帮助任务控制员根据地面图像、轨道图像以及信号在探测器和轨道航天器之间传输所需的时间长度，精确定位探测器的位置。
所有这些任务完成后，漫游车第一次从着陆区驶向未知的火星大地。随着 探索 的进行，漫游车对安装科学仪器进行 最后测试 。
好奇号的发现
此后 好奇号 花了大约两个月的时间向东穿越了约400米，到达一个名为 格伦埃尔格 的地点。
在2012年秋天， 好奇号 发现了几个有趣的岩石，并利用分析仪器对其进行研究。2012年9月27日，NASA宣布， 好奇号 发现了古代河床的迹象，表明火星上 曾经有过“强劲的水流” 。
2012年10月27日， 好奇号 对火星土壤进行了 首次X射线衍射分析 。12月3日，NASA公布了 好奇号 首次广泛土壤分析的结果，结果显示存在 水分子、硫和氯 。检测到的少量碳无法确定其来源，可能来自仪器污染。
更具决定意义的是，2013年3月，NASA公布了漫游车的岩石分析数据，表明 盖尔陨石坑 曾经 适合微生物生存 。进一步分析的结果表明，这里曾存在 水、二氧化碳、二氧化硫和硫化氢 。
2013年5月19日， 好奇号 钻探了第二块岩石，钻出一个约6.6厘米深的洞，并将标本运送到 MSL 的仪器中进行分析。
2013年7月初， 好奇号 开始长途跋涉，前往任务的主要目的地 夏普 山。到7月17日， 好奇号 着陆后总共行驶了1千米。
2013年9月19日，NASA科学家透露 好奇号 六次采集的大气样本数据证实 火星环境缺乏甲烷 ，表明火星上存在产甲烷微生物活动的可能性很小。
截至2013年12月5日，漫游车的激光仪器已向420多个不同的岩石或土壤目标发射10万多次激光束。
在接下来的几个月里， 好奇号 发回了许多高质量的图像（包括火星夜空中的地球）。
2014年4月发回的一张照片显示了谷神星和灶神星。
2014年5月， 好奇号 在一块砂岩平板岩石上钻孔，它位于目的地 夏普 山下斜坡的路线上的一个考察点。
2014年8月5日好奇号在火星上度过了两年大关， 远远超过了最初的目标 。
2014年9月11日，好奇号抵达距其着陆点6.9千米的 夏普 山山坡。9月24日，漫游车的锤击钻机在 夏普 山的一个基底层钻取约6.7厘米， 采集了第一个粉末状岩石样本 。
12月16日，宇航局科学家宣布， 好奇号 已经确定了火星上 第一个有机分子的存在 。这是在 盖尔 陨石坑的泥岩钻孔样本中发现的。虽然这些可能来自有机体，但很可能来自于落在火星上的尘埃和陨石。
与此同时，新的数据显示，火星大气中 甲烷的丰度 最近出现了10倍的峰值，然后又有所下降，但仍然非常微小。
2014年12月13日， MRO 上的高清相机拍摄了一张照片，照片清楚地显示 好奇号 正在考察 盖尔 陨石坑内 夏普 山的部分基底层。2015年4月8日的一张照片也清楚地显示了 夏普 山下斜坡上的 好奇号 。
2015年1月下旬， 好奇号 使用了一种新的 低冲击水平钻技术 ，从一个名为 莫哈韦2号 的岩石上采集了样品粉末。初步分析结果表明 ，黄钾铁矾 的酸性比以前钻探的样品强。
2月24日， 好奇号 第六次使用钻机，在一块被称为 电报峰 的岩石内采集样本粉末。3月晚些时候，科学家们在《美国国家科学院院刊》上发表了分析结果，首次表明火星表面存在着 火星沉积物加热过程中释放的氮 。
宇航局称之为“生物有用”的氮以一氧化氮的形式存在，可能是*盐分解后释放出来的。这一发现为 古代火星可能“适合生命居住” 的论点增添了更多的证据。
2015年4月16日， 好奇号 在穿越 帕伦普 山和下一个科学目的地 洛根 山口之间的一系列浅山谷时，总行驶路程超过了10千米。
7月下旬，漫游车在一个名为 麋鹿 的目标中发现了不寻常的基岩，其中的 二氧化硅 含量出人意料地高，这有利于 保存古代有机物质 。从5月份开始，它钻取一个名为 鹿皮 的岩石时，发现了二氧化硅和氢含量高的岩石，然后向上移动前往西南部的 夏普 山。
2016年6月，科学家发表了对 鹿皮 岩石的调查结果，指出硅石矿物是 菱铁矿 ，一种通常与硅质火山作用有关的物质。
2015年9月29日，好奇号 继续在夏普 山 进行研究，并钻了第八个孔，深约6.5厘米。
2015年10月宇航局发布好奇号 的最新发现：数十亿年前，火星上肯定存在着湖泊 。科学家们确定，水有助于 将沉积物沉积到大风坑 中，沉积物被沉积成形成尖峰山的基础层。
2016年初， 好奇号 漫游车从 萨米布 沙丘采集了几个样本，这些样本按粒度分类，以便进行更深入的研究。
好奇号 在3月初从沙丘上继续前行，爬上了 夏普 山下侧的 诺克卢夫特 高原，在这里继续钻孔采集样本。
在 好奇号 发回的数千张图片中，最壮观的是 夏普 山下的 默里巴特斯 地区。 好奇号 项目的科学家阿什温·瓦萨瓦达说，彩色图像显示出美丽的景色，和“美国西南部的一片沙漠”没什么两样。
好奇号 于2016年10月1日开始第二次为期两年的任务拓展，继续 探索 夏普 山下段。当时，漫游车已经向地球返回了 超过18万张图像 。
宇航局宣布，这次任务“已经实现了其主要目标，即确定着陆区域是否曾经有过 有利于微生物生存的环境条件。 ”“确定数十亿年前，火星湖提供了有利于微生物生存的条件。”
好奇号 在 夏普 山的 维拉鲁宾脊 及其上方发现了含有粘土和硫酸盐矿物，为科学家提供了更多了解 古代火星 历史 和 可居住性的信息 。
此后由于 好奇号 钻机出现故障，原定的钻孔采样工作中断了较长时间。直到2018年5月，地面技术人员制定了一套新的“冲击式”钻孔方法，使钻孔采样工作得以继续。
截至2017年2月23日，好奇号已行驶15.63千米。
2017年3月，喷气推进实验室控制人员为 好奇号 上传了一个 牵引力控制软件 ，帮助其根据攀岩情况调整车轮速度。
7月， 好奇号 借助新软件开始了一项研究 夏普 山下一座山脊的活动，该山脊被认为富含 氧化铁矿物赤铁矿 ，可以 在潮湿条件下形成 。
两个月后好奇号开始向山脊顶端陡坡攀登。10月17日，好奇号小心翼翼地将采样器钻头接触到地表岩石，研究了赤铁矿在构成抗侵蚀脊的岩石中的分布范围。
2018年1月2日， 好奇号 拍摄了一些岩石形状的图像，这些图像需要进一步研究，以确定这些形状是生物的还是地质的。
2018年3月22日， 好奇号 在火星上停留了 2000个火星日 ，并准备研究一个含粘土岩石的区域。
2018年6月， 机遇号 漫游车附近发生了一场可能影响好奇号的局部沙尘暴。6月1日，仍在轨工作的 MRO 在距 机遇号 1000千米的地方发现了尘暴的最初迹象。
几天之内，尘暴就蔓延就开来。截至2018年6月12日，这场尘暴覆盖了4100万平方千米的区域，大约相当于北美和俄罗斯的总和。
6月4日，宇航局宣布， 好奇号 的钻探能力已经恢复。
6月7日，宇航局宣布大气甲烷出现 周期性季节变化 ，并有某种复杂的 有机化合物 存在。这些有机化合物来自距今约35亿年的泥岩，取样地点位于 盖尔 陨石坑 帕伦普 山的一个干湖中的两个不同地点。
这些岩石样品在 好奇号 的样品分析室进行热解后，释放出 一系列有机分子 ；其中包括含硫噻吩、苯和甲苯等芳香族化合物，以及丙烷和丁烯等脂肪族化合物。有机化合物的浓度是以前测量的100倍。
科学家推测硫的存在可能有助于保存它们。这些产品类似于从干酪根分解得到的产品，干酪根是地球上石油和天然气的前体。
美国宇航局表示，这些发现并不是火星上存在生命的证据，而是 存在维持微观生命所需的有机化合物 ，而且火星上可能有更深层的有机化合物来源。
2018年11月4日，地质学家根据 好奇号 对 盖尔 陨石坑的研究提出了证据，证明 早期火星上有大量的水 。
2018年11月26日， 好奇号 看到了一个闪亮的物体，可能是陨石，计划对此物体进行进一步的研究，以更好地了解其性质。
2019年2月1日，宇航局科学家报告说， 好奇号 首次测定了 盖尔 陨石坑中 夏普山的密度 ，从而更清楚地了解了 夏普 山是如何形成的。
2019年4月4日，宇航局发布了火星的两颗卫星 火卫一 和 火卫二 的日食图像，这是 好奇号 于2019年3月观测到的。
4月11日，宇航局宣布， 好奇号 漫游车钻入并仔细研究了一个含粘土地层，据称这是 好奇号 登上 夏普 山发现之旅的一个“ 重要里程碑 ”。
好奇号 钻探发现 甲烷气体含量很高 ，为十亿分之二十一，而火星大气甲烷含量仅为十亿分之一。不过由于仪器*，甲烷是来自生物体还是一般无机体尚无法确定。
2019年， 好奇号 仍在 盖尔 山附近活动，主要进行粘土钻探研究。2019年5-7月， 好奇号 穿越粘土区域。
2019年10月， 好奇号 在 夏普 山上发现的证据显示， 盖尔 陨石坑中有一个150千米宽的古盆地， 很可能曾经有一个咸水湖 。
2019年6月18日， 好奇号 高清相机拍摄了名为 水鸭岭 的全景照片。
好奇号 正穿过一个科学家称之为“含粘土单元”的区域，该区域位于 夏普 山一侧， 盖尔 陨石坑内部。
数十亿年前， 陨石坑内有溪流和湖泊 ，水流改变了沉积在湖泊中的沉积物，在该地区留下了大量粘土矿物。
美国地质调查局的克里斯汀·贝内特说，“这一地区是我们来到 盖尔 陨石坑的原因之一。10年来，我们一直在研究这一地区的轨道器图像，最终能够近距离观察。”
科学家认为， 水鸭岭 和 斯特拉斯顿 都代表了 景观的变化 。
“我们在这些岩石中看到了古老湖泊环境的演变，这有助于我们摆脱火星由湿变干的简单观点。它不是一个线性过程，水的演化 历史 可能更为复杂。”
斯特拉斯顿 山的波浪层表明了一个 更加动态的环境 。风、流水或两者共同作用都可能形成这个地区。
2020年2月，科学家报告说， 好奇号 探测到了 噻吩有机分子 ——通常与干酪根（沉积岩中的有机质）、煤和原油有关。目前尚不清楚所检测到的噻吩是生物过程还是非生物过程的结果。
2020年7月， 好奇号 对火星岩石进行第26次钻孔。
2020年8月29日，宇航局公布了 好奇号 探测器拍摄的几段视频，包括那些涉及尘暴的视频，以及相关火星地形的高分辨率图像。
2020年9月9日至10月23日， 好奇号 拍摄到 豪斯登 山远处露头的马赛克。
2021年1月12日， 好奇号 抵达火星 第3000天 。
此前，宇航局发现了一张 好奇号 传回火星上的“长凳”照片：这张全景图由122张单独的图像拼接而成，由 好奇号 于2020年11月18日拍摄。随着 好奇号 继续登上 夏普 山，它发现了独特的 长凳状岩层 。
好奇号 在逐步爬上 夏普 山的过程中不断有新发现。地平线上是北陨石坑边缘，右边是 夏普 山的上部，它的岩层是由数十亿年前的 湖泊和溪流作用 形成的。当斜坡上有 较硬和较软的岩层 时，可以形成界定该区域的弯曲岩石阶地。当较软的地层 被侵蚀 时，较硬的地层形成小悬崖，留下长凳状地层。当巨大弯曲的基岩板滑下山时，它们也会在滑坡过程中形成。
2021年， 好奇号 将一直行驶在一个名为 格伦·托里登 的含粘土区域。此后它将继续朝着下一个“含硫酸盐单元”层行驶并开展探测研究。
总结
好奇号 发射至今已近10年。
自2014年9月11日以来， 好奇号 一直在 探索 夏普 山的斜坡，在那里科学家有望找到更多有关火星 历史 的信息。
截至2021年1月26日， 好奇号 已经行驶了 24.15千米 ，并在山地向上爬升了 327米 。
期间钻探器、计算机、通信系统、电气线路等曾出现过一些故障，但都得到了排除或通过备份解决。
按照宇航局估计，它仍有可能在火星上继续工作数年，有望获得 更多的发现 。
本文未注明来源的图片主要引自美国国家宇航局网站
