[科普中國]-火星探測漫游車探測器

研發(fā)背景

2003年夏季，美國國家航空航天局發(fā)射了雙胞胎的火星漫游車，并于2004年在火星表面開始運(yùn)行。2003年6月10日，德爾它Ⅱ型火箭搭載“精神號”飛向火星，并于2004年1月4日成功著陸。2003年7月7日，德爾它Ⅱ型火箭在卡納維拉爾角空軍基地搭載“機(jī)遇號”升入太空，并于2004年1月25日在火星成功著陸。這兩個(gè)登陸器都是在“火星探路者”任務(wù)執(zhí)行階段，在氣囊的幫助下彈跳滾動(dòng)而成功著陸的。

在到達(dá)火星表面之后，漫游車著陸并在火星表面不同的地區(qū)開始了它的探測任務(wù)?！办`魂號”在古瑟夫隕石坑著陸，大概是火星赤道南緯150的地方。美國國家航空航天局的任務(wù)策劃員們選定了古瑟夫隕石坑，因?yàn)槟抢锍霈F(xiàn)了火山口湖沉積礦?！皺C(jī)遇號”(MER-B)在子午圈地區(qū)登陸，子午圈地區(qū)是火星上的一個(gè)地區(qū)，也叫赤鐵礦地區(qū)，因?yàn)檫@個(gè)位置展現(xiàn)出了紋理粗糙的赤鐵礦，它是一種富含鐵的礦石，是典型的形成在水中的物質(zhì)。2006年底，這兩個(gè)漫游車?yán)^續(xù)運(yùn)行并在火星表面移動(dòng)，超過了最初設(shè)計(jì)的90天的使用壽命。

2006年10月初，美國國家航空航天局的長壽機(jī)器人漫游車“機(jī)遇號”開始探測環(huán)繞火星維克特瑞隕石坑的懸崖中的分層巖石。當(dāng)“機(jī)遇號”在隕石坑工作了第一個(gè)星期時(shí)，“火星勘測人造衛(wèi)星”(MRO)——美國國家航空航天局在火星天空的一只最新的眼睛——拍攝了這個(gè)勤勞的漫游車和從上方看到的周圍環(huán)境。美國國家航空航天局的任務(wù)操控員們通過“火星勘測人造衛(wèi)星”的高清晰圖像來幫助他們控制在維克特瑞隕石坑探測的“機(jī)遇號”漫游車。更有效的行星探測就是聯(lián)合人造衛(wèi)星和登陸器，漫游車飛行器，兩個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的有效和及時(shí)的數(shù)據(jù)匯總成為更有效的行星探測的典范。維克特瑞隕石坑內(nèi)壁的似懸崖部分中暴露出了一些地理分層，是火星環(huán)境歷史的記錄。這個(gè)火星環(huán)境歷史記錄比起漫游車在小隕石坑中研究出的歷史時(shí)期要更長一些。

由于小型漫游車“火星探路者”移動(dòng)性能更強(qiáng)，這些強(qiáng)大的新機(jī)器人探測器每火星日在火星表面成功地移動(dòng)了330英尺(100米)。每個(gè)漫游車都配有一套精密的儀器，幫助它搜尋遠(yuǎn)古時(shí)期火星表面存在過液態(tài)水的跡象。“精神號”和“機(jī)遇號”已經(jīng)探測了火星表面的很多不同地區(qū)。登陸后，漫游車立刻開始對這個(gè)特殊的登陸點(diǎn)進(jìn)行勘探，拍攝全景(3600)可視(彩色)紅外線圖像。然后，通過漫游車每天傳輸?shù)膱D像和光譜，美國國家航空航天局的科學(xué)家們在噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室利用通訊和遙控來監(jiān)控整個(gè)科研過程。在人類斷斷續(xù)續(xù)的指導(dǎo)下，這對機(jī)械探測器像機(jī)器人探測員一樣運(yùn)作起來——查看特殊的巖石和土壤，并在微觀標(biāo)準(zhǔn)下評估其成分和結(jié)構(gòu)。在登陸火星兩個(gè)月后，“機(jī)遇號”發(fā)現(xiàn)了一些跡象，證明遠(yuǎn)古火星的地理環(huán)境是潮濕的。2

成果探測器采用了“火星探路者”已驗(yàn)證的氣囊緩沖技術(shù)在火星表面著陸 其中“勇氣"漫游"車于2004年1月4日在火星北半球的隕石坑區(qū)域著陸，該區(qū)域點(diǎn)具有河床特征，有利于尋找水的蹤跡 “機(jī)遇”漫游車于1月25日枉火星南半球著陸。該區(qū)域具有赤鐵礦特征．易在有水的情況下形成2輛漫游車的著陸位置相距約9600km，分布于火星的相反兩側(cè)。

2輛漫游車對火星表面進(jìn)行了科學(xué)探測，拍攝大量火星圖像．向地球傳送回了大量數(shù)據(jù)，漫游車的設(shè)汁壽命為90天，實(shí)際在火星表面工作時(shí)問均超過6年。2010年3月，“勇氣”漫游車因其太陽電池陣功率衰退嚴(yán)重，與地面中斷聯(lián)系，目前?！皺C(jī)遇”漫游車仍在火星表面進(jìn)行探測。1

性能參數(shù)探測器的飛行系統(tǒng)包括巡航級，EDL系統(tǒng)，著陸平臺以及漫游車4個(gè)部分。巡航級在行星轉(zhuǎn)移飛行期間，為系統(tǒng)提供推進(jìn)、姿控、電源、通信、熱控等功能。推進(jìn)系統(tǒng)包括2組單元肼推力器，每組包括4個(gè)4.4N推力器在地球附近時(shí)，太陽翼峰值功率為600W；在火星附近時(shí)為300W通信系統(tǒng)包括2副x頻段高增益天線、1副中增益天線、1副低增益天線和1路小型深空轉(zhuǎn)發(fā)器。

EDL系統(tǒng)由氣動(dòng)外殼熱防護(hù)罩、后蓋和降落傘組成氣動(dòng)外殼為直徑2．65m的70°鈍錐體。著陸平臺為四面體構(gòu)型，內(nèi)部裝有漫游車和落地輔助裝置氣囊系統(tǒng)包括4個(gè)氣囊，每個(gè)氣囊為6瓣葉形四面體，相互搭連到著陸平臺的外表面上 存距離火星表面8．6km處，降落傘展開，20s后拋掉熱防護(hù)罩；在高度284m處。

氣囊充氣膨脹到6．89kPa；在高度134m處輔助制動(dòng)火箭點(diǎn)火；探測器接觸火星表面后經(jīng)氣囊緩沖，彈跳翻滾至距接觸點(diǎn)1 km處停穩(wěn)。

2輛漫游車的結(jié)構(gòu)和功能基本相同，都繼承了“索杰納”漫游車的六輪搖臂懸架底盤結(jié)構(gòu)。太陽電池陣呈后掠翼形。面積約1．3m2。設(shè)備艙板上安裝有分節(jié)桅桿，可提升全景相機(jī)、導(dǎo)航相機(jī)的高度，漫游車核心結(jié)構(gòu)采用了“索杰納”漫游車曾采用的復(fù)合蜂窩板．內(nèi)部裝有“電子暖箱”，可為內(nèi)部的電子裝置保溫。1