|
||
 |
||
|
“凤凰”涅磐
|
||
|
Richard A. Kerr 文 Shea 译 |
||
|
北京时间2008年5月26日上午7时53分成功着陆在火星的北极，它将第一次真正意义上分析火星上的水，并且探测土壤是否能承载生命……  20世纪90年代末，行星科学陷入了有史以来的最低谷。首先，1998年12月11日环火星气候探测器（MCO）在进入火星大气层时烧毁，原因是工程师搞混了火箭推进器的公制单位和英制单位。接着在不到一个月的时间里，火星极地着陆者（MPL）一头撞入了火星大气层，通过降落伞缓缓下降，最后使用火箭来软着陆。但在这之后地面再也没有收到它的任何信号，其原因目前仍然是个谜。 现在轮到了“凤凰”号。“凤凰”号探测器首席科学家、美国亚利桑那大学的彼得·史密斯（Peter Smith）说，这个价值4.2亿美元的探测器是30年来第一个在火星上成功软着陆的探测器，它将探索“火星上最后一片适合生命存在的土地”。正如它的名字所暗示的，“凤凰”将从火星极地着陆者的灰烬中涅磐。 “凤凰”号的团队从MPL和第二次被取消的火星勘探者着陆器2001计划那里“继承”了大量的硬件和软件。规避这些在美国宇航局（NASA）“更快、更好、更廉价”时期制造的东西的风险着实是一项挑战，但是“凤凰”号团队对此却胸有成竹。“我们已经解决了所有的问题，”“凤凰”号团队成员、NASA艾姆斯研究中心的卡罗尔·斯托克（Carol Stoker）说，“我们为此非常兴奋。” 这一兴奋源自火星上的水已唾“臂”可得——只要伸出“凤凰”号的机械臂即可。为了寻找生命，NASA长期以来一直在追踪火星上的水，但以前每次探测的都是几十亿年前曾经有水流过的地方。有了“凤凰”号，科学家们不仅希望能触及火星地表之下冻结的水，还希望能使用“凤凰”号上的仪器来“尝一尝”、“闻一闻”火星上的水。如果这些水冰曾经长时间处于液态进而为承载火星生命提供可能的话，“凤凰”号也会找到相应的证据。“凤凰”号甚至还能探测古代或者现代火星生命残留下来的分子。但是这一切的前提条件是它能挺过着陆前的最后7分钟。 减速，着陆 美国喷气推进实验室（JPL）的“凤凰”号项目主管巴里·戈尔茨坦（Barry Goldstein）解释说，着陆火星的关键是减速。7分钟前“凤凰”号还在以每小时20500千米的速度运动，7分钟后它已经稳稳地着陆在了火星表面。MPL显然没有在这一惊心动魄的过程中“存活”下来。“我们硬件和软件来自一个没有成功着陆的探测器，”史密斯说，“因此我们不得不用怀疑的眼光审视我们拿到的每一样东西。”他补充说，继承这么一大比“遗产”的好处是，我们的工程师们可以在发射前花差不多4年的时间来解决遇到的所有问题，这是往常无法做到的。 2000年一个评估小组得出结论，MPL的失败极有可能是由于着陆器在减速火箭仍处于工作状态时伸出三条着陆支架所造成的。由此探测器上搭载的计算机将着陆支架受到的冲击误认为了是着陆时的震动，因此关闭的减速火箭。接下去40米的自由下落便是MPL的终点。但是史密斯提醒说，“没人能确定”问题到底出在哪儿。 因此“凤凰”号的“进入、下降、着陆”小组研究了由MPL评估小组和火星勘探者着陆器2001评估小组发现的每一个问题。然后，这个小组也提出了他们认为的潜在的问题。戈尔茨坦说：“我们发现并解决了12个其他人未曾发现的问题。”解决问题需要在实验室中、在计算机模拟中或者在野外进行分析和测试，直到发现问题的根本原因。 而问题的解决方案也总是来之不易的。例如，一长串的原因会使得着陆器上的雷达关机。为此该小组还在F-16战斗机上安装了这一雷达用来进行测试。“我们进行了大量的测试和分析，”史密斯说，甚至还包括在不同地形环境下将其悬吊下直升机下方所进行的试验。有问题的计算机程序使得雷达十分容易出错。光测试并且解决雷达问题就造成整个计划超支3千万美元。 在测试后期后发现了一个问题，但是没有来得及解决。原先计划用于火星勘探者着陆器的火星下降成像器在着陆器下降过程中会对地面进行拍照。但是测试发现，在把数据传输到数据处理单元的时候会造成着陆器上的陀螺仪失灵，进而导致着陆器坠毁。由于缺乏用于重新设计制造的时间和资金，因此工程师们最终决定关闭火星下降成像器。 史密斯说，尽管不被外界注意，但在被给予足够的时间和资金用于测试之后，“整个团队对他们所做的每一个测试充满自信”。“你们也许不会成功，”外部评估委员会主席、JPL的金特里·李（Gentry Lee）告诉“凤凰”号团队，“但是你们理应获得成功。”  最佳着陆地点 当工程师们为着陆器能在火星表面安全着陆忙碌的时候，科学家们则在为它寻找最佳的着陆地点。两者本身都会受到一些限制。工程师们无法在真实的火星环境下测试整个着陆系统，而科学家们则在评估他们看不到的着陆风险。他们的目标是位于火星北部低地的平原。那里的纬度超过60°，火星奥德赛探测器在那里探测到了富含冰的土壤。 因此美国华盛顿大学的雷蒙德·阿维森（Raymond Arvidson）和“凤凰”号团队的其他成员搜集了火星轨道器传回的数据，用来计算可能会破坏着陆器的岩石的数量。但是目前的成像观测无法分辨出能造成威胁的最小的岩石，不过从较大的岩石的数量来外推效果也不错。 2006年11月，环火星巡逻者上的HiRISE（高分辨率成像实验）照相机开始了它极为重要的拍摄任务。史密斯说，由于HiRISE可以分辨出小到1米的岩石，因此它为我们提供了许多重要的信息。很显然，造就火星北部冰原特有多边地形的周期性温度变化也会使得原本被掩盖的岩石露出地表。阿维森说，结果显示岩石计数统计的并不是单块岩石的数量而是这些岩石群。 经过3个月的HiRISE搜寻，发现了一个位于北部平原的理想着陆地点。那里是一片由细微颗粒物所覆盖的开阔地，没有巨石，可能还含有从附近直径10千米的陨击坑中抛射出的撞击残骸。  [图片说明]：“凤凰”号将着陆在封冻的北部冰原多边地形区。 变得潮湿 一旦安全着陆到火星表面，“凤凰”号的最终目标是探测水。起先，即使从着陆器照相塔或者是2.4米长的机械臂上的照相机中你也看不到任何冰的踪迹。但是“在我们去的地方存在大量的冰，”史密斯说，“只要你在蓬松的土壤里挖上2-6厘米，你就会挖到非常坚硬的冰块。”不论从火星奥德赛探测器得到的中子和γ射线遥感数据（暗示了冰层的厚度），还是从水蒸汽渗入低温土壤形成冰块的模型，科学家们都得到了相似的结论。 没有人确切知道一旦机械臂挖到冰之后会发生什么。之后，机械臂会将土壤和冰块样本送入“凤凰”号的两个分析仪器单元。其中一个会把样本加热到1000摄氏度，并将由此产生的气体送入一台质谱仪用来做分子分析。另一个则是用于地质化学分析的微型湿化学实验室。 “凤凰”号科学小组将综合分析仪器得多的结果和从机械臂照相机以及原子力显微镜所获得的影像来探究现在或者过去是否存在适合生命的环境。斯托克说，“凤凰”号本身没有携带生命探测仪，“但是如果我们找到了可栖息性的证据——液态水或者有机化合物——这将会使得这一地点成为未来火星探测炙手可热的目标。”如果几千或者几百万年以前温暖的夏季能使得冰融化，那么液态水会使得土壤具有独特的质地，并且将盐分从土壤中滤出留在火星表面上。 寻找生命有机物的结果可能更难以预料。这些有机物可能是远古生命的残骸，或者甚至是在冰层中休眠等待复苏的生命体。但是它也可能仅仅是陨星带来的非生命体物质。回溯到20世纪70年代，“海盗”号探测器发现火星有机物的含量小于十亿分之一，甚至连陨星带来的都没有发现。由此许多科学家相信，火星会以某种方式会产生强氧化剂，进而会摧毁土壤表面甚至土壤内部的有机物。他们希望着陆地点的冰能长时间的保护有机物留待“凤凰”号去发现。 “凤凰”号有90天的设计寿命来搜寻可能存在的生命。与两辆可以运动的火星车不同，“凤凰”号延长工作寿命的余地不大。而在两个分析仪器单元之间也只有12个可单独使用的样本容器。史密斯说：“当火星北半球的冬季来临之际，我们的工作也将基本上到此结束了。”在这一计划最后的日子里，火星的严寒会让“凤凰”号覆盖上一层厚厚的二氧化碳霜冻。史密斯说，如果来年春天“凤凰”号能从这个冰窖中复苏，那将绝对是一件令我瞠目结舌的事情。 |
||
|
出自：Science
发布日期：2008-05-09
|
||
2001-2009 火流星工作组制作
本文遵循“创作共用约定”之“署名-非商业性使用-禁止演绎”3.0约定
任何意见和建议请致电：