好奇号火星探测器是如何工作的

2011年11月26日，美国东部时间上午10:02，火星科学实验室（MSL）从卡纳维拉尔角空军基地乘坐阿特拉斯五号火箭发射升空，历时数年的容错测试、开发和建设达到了顶峰。该实验室于2012年8月6日美国东部时间凌晨1:32成功登陆火星。

在将“好奇号”装入外壳之前，工程师们对它进行了一系列严格的测试，模拟内部故障和外部问题，惩罚措施包括离心机、跌落测试、拉力测试、驱动测试、负载测试、压力测试和短路测试[来源:JPL.]．

同时美国国家航空航天局不得不决定新流浪者探索的地方，如何到达那里以及空间机构如何安全地降落 - 更容易所说的。

地球和火星围绕着太阳以不同的速度——火星是686.98个地球日，地球是365.26个地球日——这意味着它们的相对距离差异巨大。用尽可能少的燃料到达火星意味着在这颗红色行星经过离我们最近的地方时发射。美国国家航空航天局]这并不是一个小问题：火星在其最远端（2.493亿英里，或4.013亿公里）离地球的距离是其最近接近点（3460万英里，或5570万公里）距离的七倍以上[来源：威廉姆斯]．

就像四分卫传球一样，发射系统的目标不是火星所在的位置，而是飞船到达时它将在哪里。美国国家航空航天局(NASA)抛出了这一传球，250多天后，“漫球车”(rover-football)到达了它的圆形和红色接收器，并于2012年8月6日(东部夏令时)周日着陆。

美国宇航局没有“扔”"然而，MSL是从地球表面发射的；该机构从行星轨道发射了它。下面是如何实现的：一旦提升飞行器从卡纳维拉尔角到达太空，它的鼻锥，或整流罩，像蛤壳一样打开并脱落，与火箭的第一级一起断开并坠落到大西洋。第二级是半人马座发动机，然后是k当一切就绪后，火箭开始了第二次燃烧，将飞船推向火星。

发射后大约44分钟，MSL从火箭上分离，开始与地球通信。在继续飞行的过程中，它偶尔会按计划修正航向。

一旦它进入火星大气层，好戏就真正开始了。

在火星，比西雅图上空的雷尼尔山高耸，矗立着一座3英里（5公里）高的沉积山。由矿物层和土壤层组成——包括粘土和硫酸盐，它们表明了一段水的历史——这些层将提供一张火星地质历史的无价地图[来源：Siceloff.;Zubritsky]。

过去的水流向并聚集在盖尔的低地，使其成为溪流、池塘和湖泊遗迹的可能储存库，因此是发现火星过去适宜居住证据的理想地点。

就像沃尔特惠特曼的“无声患者蜘蛛”，好奇心很快就会在一个海角上孤立，发送他们的使命控制器将决定“如何探索空置围攻的数据。然而，它的自行车相似之处并不结束诗意的许可证，甚至是它的主体，关节腿;它延伸到蜘蛛状的路虎着陆在火星表面上的方式。

在我们解开这个谜团之前，让我们先来看看火箭在飞船第一次到达火星时进行的辅助跳跃。

当航天器携带好奇心越过火星大气78英里（125公里）时，它通过一系列S曲线引导并制动，如空间班车使用的一系列S曲线。在达阵前的几分钟内，左右7英里（11公里），这是工艺突然一个降落伞以减缓900英里每小时(1448公里每小时)的下降速度。然后，它从圆锥体底部喷出了隔热罩，为“好奇号”创造了一个出口。

火星车的上一级像龟壳一样夹在背上，从圆锥体上掉了下来。几分钟后，安装在上一级的轮辋上的火箭启动了，使这对飞船稳定在离地面约66英尺(20米)的悬停位置;从这里，上层舞台就像空中的起重机一样，把“好奇号”像蜘蛛一样放下来。探测器安全着陆后，绳索被切断，好奇号开始了它的旅程[来源:美国国家航空航天局;JPL.]．

在着陆前不久火星降落成像仪拍摄了着陆区的高清彩色视频。这段视频有助于着陆，并为国内的研究人员和任务专家提供了探索区的鸟瞰图。另一组仪器火星科学实验室入口，下降和着陆仪表套件，将测量大气条件和航天器性能。NASA将在计划和设计未来的任务时使用这些数据。

这种新颖的着陆系统比以往任何一种着陆系统都更复杂，但也更精确地控制着，使任务规划者能够瞄准盖尔陨石坑(Gale Crater)这个梦寐以求的目标。“勇气号”和“机遇号”在“好奇号”12英里(20公里)的陨石坑目标区域内着陆是不可能的，因为当“好奇号”和“机遇号”在太空时代的气泡包装中弹回来时，它们需要五倍于“好奇号”的面积。这一成功开辟了许多理想的地点，包括陡峭的陨石坑，由于其复杂的地形，以前是禁止进入的。

好奇号还将为未来的任务奠定基础，就像之前的火星之旅使新漫游者的探险成为可能一样。这些任务可能包括舀起岩石，用飞机把它们带回家，或者进行更广泛的表面调查，寻找火星微生物生命及其关键化学成分的证据[来源:美国国家航空航天局]．

现在我们已经安全着陆，让我们看看火星科学实验室的标准装备是什么。

无论是为两周的假期打包行李，还是为数百万英里外的恶劣沙漠中的科学考察做准备，基本问题都是一样的:

带什么，带什么....

不像地球上的游客，可以跑到街角的商店去换掉被遗忘的牙刷，“好奇号”完全是靠自己的力量。当没有维修队待命的时候，后备箱里也没有备件而且所有信号都来自地球大约需要14分钟(2012年8月)到达你，自力更生是你所拥有的一切。

好奇心不在火星然而,去观光。它的任务是收集岩石和土壤样本，并将它们放入机载仪器进行分析。考虑到这一点，月球车配备了一个7英尺(2.1米)的摄像机支架和一个7英尺的三关节机器人手臂，比一个工业吸尘器．这样品采集/样品制备和处理系统将铲、尘、钻、粉、收集、分类、筛和交付样品到各种分析资产[来源:JPL.;美国国家航空航天局;韦伯斯特]：

“好奇号”的脖子或桅杆上也装饰着仪器:

除了这些样品分析仪器，漫游者还携带了一些科学仪器，可以检查当地的条件，这可能与未来的人类任务或了解火星支持生命的能力有关:

这是一组令人印象深刻的豪华约会，但这行不通美国国家航空航天局除非好奇号把它藏在引擎盖下面。让我们来看看这只小狗的动力是什么。

“科学怪兽卡车”不是一辆硝基燃烧、喷火的滑稽汽车，也不是一辆普通的老式汽车内燃气体 - Guzzler.它也不是体育运动太阳能电池板为其犯罪者产生了果汁。不，在这个使命，美国国家航空航天局就核武器了。

“好奇号”从氧化钚中获取能量。随着放射性同位素的衰变，它会释放出热量，探测器会将其转化为热量电使用热电偶．这多任务放射性同位素热电发电机(MMRTG)将使ROVER的电池保持在110瓦的电力上。

这个系统比太阳能发电更有能量，也没有可以破坏的活动部件，但是这个发电机能比老式的砷化镓电池板表现更好吗?毕竟，“勇气号”一直运行到2010年春天，而顽固的“机遇号”仍在运转里程表在328英尺(100米，大致相当于一个美式橄榄球场的长度)的高空，每天累积21英里(34公里)。这些特殊的车辆远远超过了90天的任务期限，部分原因是免费的、可再生的太阳能。

先别用核武器。放射性同位素系统的预期寿命为14年，可能会比火星车本身更久，而且永远不会成为火星天气、灰尘或冬天的牺牲品[来源:JPL.]．此外，额外的动力是值得权衡的:“好奇号”将以大约两倍的速度覆盖更多的土地。在其首次任务的一个火星年(约687个地球日)中，它将在盖尔陨石坑内飞行12英里(19公里)，携带的科学有效载荷是勇气号或机遇号的10-15倍。电力将一直保持可用，好奇号将使用多余的热量来保持其重要仪器的温度[来源:美国国家航空航天局]．

帮助“好奇号”有效利用这一马力的是美国国家航空航天局(NASA)的旧的、改进过的漫游者rocker-bogie底盘（见侧边栏），连接到六个铝轮的连接钛管组件如此薄，它们像橡胶一样弯曲。所有四个角轮都可以通过90度旋转，使搬管能够转向到位。工程师在奇妙的悬浮液中稍微悬念，以适应其新角色作为着陆齿轮，并容纳一个必须越来越崎岖地形的哈特车辆[来源：哈林顿;JPL.]．

着陆后不久，这一底盘将把漫游者运送到它的第一个目的地：一块昵称为“栅栏”的岩石露头火星观察结果显示它包含水存款——在水中形成的矿物质。从那里开始，“好奇号”将冒险进入峡谷、岩石山坡和丘陵地带，这些地方让人想起亚利桑那州的塞多纳(Sedona)，那里的红色岩石也是在水环境中形成的。到那时，它的第一个火星年将会来了又去。

从那里开始，漫游者将深入岩石和崎岖的地形。探索这一区域将需要数年时间，但一旦穿越，探测器的摄像机将拍摄到“好奇号”走过的路径的全景图[来源:美国国家航空航天局]．

一路沿途，火星科学实验室将调查是否存在条件，或者已经存在，这可以支持火星上的微生物生活，以及对这些生命的线索是否仍然保留在火星的岩石和土壤中。

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