发布: 7:40am 02/08/2020

陈日佳.“毅力号”登陆火星的验证技术

作者: 陈日佳

继阿联酋和中国的火星探测器成功升空飞向火星后，美国的“毅力号”在星期四成功升空，为今年的火星登陆大赛写下完美的开始。

相比起“希望号”和“天问一号”，“毅力号”的任务终极目标与前两者有很大分别。 “毅力号”不仅仅是探测火星环境；相反的是为2030年的人类登陆火星做准备，包括寻找过往的生命迹象、可放回土壤与岩石样本以及为未来的登陆火星任务做准备。

“天问一号”的降落地点是较为平坦的低地。但是“毅力号”则是较为具有挑战性的泽泽罗火山口（Jezero）。根据以往的火星探测数据，这是个多员地质特性的火山口。这个地方古时代曾为沼泽地带，而且附近地面还有碳酸盐盆地，因此极在远古时代火星仍是宜居星球的时候有生物。科学家希望能在此地的岩石内的稀酸盐层中能找到有机碳，证明火星上曾经有生命存在。

“毅力号”的第二项任务就是挖掘与缓存土壤或岩石样本。它拥有一个机械臂，有旋转打击装置能挖掘岩石内的样本，然后使用拉曼光谱仪或是X射线荧光光谱仪。如果地面的科学家团队觉得该样本值得进一步研究，就会收集大约10至15克的样本在样本管内，然后会启动自行封存和缓存程序，再把样本放回火星地面，预计在2030年的火星任务会收集有关样本带回地球。

比较起以往火星探测仪器，这一次的任务携带更多的各类照相机。当中在进入火星与降落阶段的外壳就装有3个，另外用于工程与科学探测的照相机则分别有9个与7个。

人类未来登陆火星并不单纯像60年前登陆月亮一样，而是希望能探讨其宜居程度，或能把火星当作是未来深太空探测的中续站。

因此“毅力号”还身载更多具有前瞻性的任务，其中一项是利用火星上的二氧化碳，使用电解技术制造氧气原型。

火星大气层中95%的成分为二氧化碳。因此科学家一直以来都对火星大气层充满好奇──为何有这么多二氧化碳？未来登陆火星可以如何利用火星上的二氧化碳？

电解二氧化碳制造氧气除了能制造有利太空火星人的居住条件以外，剩余的氧气还可以用以制造前进深太空火箭的推进剂。

这一次的实验主要是收集实验数据，包括电解最佳条件与效益，氧气与其他气体混合体在火星的特性。这些数据有利工程学家在未来放大其电解系统，以达到满足未来氧气需求的条件。别忘了地球大气层仅有23%左右是氧气，因此科学家也需要在火星上制造同样比率的氧气混合体。

当然，这一次的火星任务能进行电解实验，主要归功于“毅力号”上能长期提供稳定电源的放射性同位素发电系统。

火星虽然有以二氧化碳为主的大气层，但是这大气层密度只有地球的1%，因此在这大气层飞行有空气动力学上的挑战。因此，美国太空署在今次的任务还包括小型直升机的技术示范。由于火星上的薄空气，这个被命名为“机智号”的小型直升机必须更快速的旋翼转（每分钟2400转）和更轻盈来制造升力飞行。而由于地球与火星之间的延迟通讯，因此该直升机还被赋予自主飞行的能力。但这仅是技术示范原型，因为“机智号”并不会飞离“毅力号”超过半径1公里的范围。

这一次的火星任务还包括测试登陆火星的太空服原料以及聆听火星上的声音。其中后者最为有趣。

我们都知道月球上因为没有空气的关系，所以是异常寂静。但是火星上的薄空气理论上可以产生和推懂音波。因此，“毅力号”上装有两枚麦克风。第一枚是安装于外壳，在降陆火星过程中聆听沙尘和降落伞打开那一霎那的声音。另一枚麦克风则是安装在其中一个照相机上，聆听机械臂挖掘岩石或土壤时所产生的声音，希望能从这些声音分析岩石的硬度与成分。当然，这个麦克风也可以让地面上的工程师聆听“毅力号”本身机械所发出的声音，如果有异常声音，可以让工程师提早发现与解决问题。

从以上的种种实验，美国太空署已经不再仅仅是探测火星环境，而是开始部署与验证未来登陆火星的技术了。你是否也希望人类能在10年内登陆火星呢？

又或者麦克风会录得一些人类意想不到的声音，让人类停止登陆火星的幻想呢？

我们拭目以待！

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