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“毅力号”在火星上迈出了复合材料的步

2021-02-27 15:534220
 美国航空航天局(NASA)派出的大、先进,同时也是由许多复合材料和结构支撑的“毅力号”(Perseverance)火星车,在穿越2.93亿英里(4.72亿公里)的203天太空之旅之后,于北京时间2月19日4点55分(美国东部时间2月18日15点55分)成功登陆火星,开启生命搜寻之旅。它除了收集火星的地质和气候特征、为人类探索铺平道路之外,还将专注于天体生物学,即对整个宇宙生命的研究。
  当航天器成功着陆在火星上之后,批图像到达时,NASA“毅力号”火星车团队的成员观看了任务控制。(图片来源:NASA / Bill Ingalls)
  透过覆盖在摄像机上的灰尘,我们看到了“毅力号”在火星行驶了几分钟后拍摄下的张来自火星表面的彩色照片。这张高达2000万像素的图像足已让为之疯狂。
  “火星2020”的任务被开创性的技术包裹,于2020年7月30日从佛罗里达州卡纳维拉尔角太空站发射。“毅力号”火星车的任务标志着人类在收集火星样本并将其返回地球的努力上迈出了雄心勃勃的步。
  “这次着陆是NASA,美国和太空探索的关键时刻之一。当我们知道我们正处于发现的风口浪尖上时,是时候重写教科书了。”NASA代理局长史蒂夫·尤奇克(Steve Jurczyk)表示。
  这位1,026公斤(2,263磅)的机器人地质学家和天体生物学家将接受几周的测试,然后开始对火星的杰泽罗(Jezero)陨石坑进行为期两年的科学调查。火星车将对杰泽罗古老湖床和河流三角洲的岩石和沉积物进行调查,以确定该地区的地质和过去的气候特征,但其基本任务之一是天体生物学,包括寻找古代微生物生命的迹象。
  杰泽罗陨石坑宽约28英里(45公里),位于伊西迪斯平原的西部边缘,这是一个位于火星赤道以北的巨大撞击盆地。科学家们已经确定,35亿年前,火山口有自己的河流三角洲,并充满了水。
  为人类的使命铺平道路
  在2020年7月发射之前, NASA团队为“毅力号”装备了一系列先进的结构、仪器和系统,以确保其在火星表面的成功运作。
  “毅力号”装备有七台主要的科学仪器,拥有迄今为止发射到火星的多的照相机,以及它复杂的样品缓存系统——据说这是个被送入太空的系统——它将在杰泽罗地区搜寻远古火星生命的化石遗迹,沿途取样。
  NASA行星科学部主任洛里·格莱兹(Lori Glaze)表示:“毅力号是迄今为止先进的机器人地质学家,虽然我们将从探测器上的大型仪器中学到很多东西,但这很可能需要地球上能力更强的实验室和仪器来告诉我们,我们的样本是否携带着火星曾经存在生命的证据。”
  复合结构在“毅力号”火星车的成功登陆中也起到了很大的作用,并将继续在未来的探测之路中发挥其所长。例如,在它降落到火星的过程中,降落伞的部署作为着陆的重要环节,以及绳索对火星车重量的支撑起到了至关重要的作用。NASA团队在降落伞的绳索中加入了帝人芳纶公司(Teijin Aramid,荷兰)高性能的对位芳纶纤维,使其具备承受此次火星任务中重载荷,并能抵挡极端气压和风暴。
  此外,洛克希德·马丁公司 (Lockheed Martin,美国)制造了在进入火星表面过程中保护航空航天进入车辆不受高温影响的隔热屏障,将东丽高级复合材料( Toray Advanced Composites,美国)提供的碳纤维/氰酸酯预浸料作为其结构支撑。
  东丽公司的预浸料也在火星车着陆甲板的结构部分找到了用武之地。
  火星勘察轨道器捕捉到了毅力号的下降过程,伞降阶段(图片来自:NASA)
  喷气推进实验室(JPL)主任迈克尔·沃特金斯(Michael Watkins)说:“登陆火星一直是一项极其艰巨的任务,我们很自豪能在过去成功的基础上继续前进。但‘毅力号’在推进这一成功的同时,也在开辟自己的道路,并在地面任务中挑战新的挑战。我们建造火星车不仅是为了着陆,也是为了寻找和收集返回地球所需的好的科学样本,而其极其复杂的取样系统和自主性不仅使这项任务得以完成,还为未来的机器人和载人任务奠定了基础。”
  火星进入、下降和着陆仪器2(MEDLI2)传感器套件在进入期间收集了关于火星大气层的数据,而相对地形导航系统在后下降过程中自动引导航天器。这些数据将有助于人类在未来任务中更加安全和有效地运送到其他星球。
  在火星表面,“毅力号”的科学仪器将有机会在科学上大放异彩。Mastcam-Z是“毅力号”遥感桅杆上的一对可缩放的科学摄像机,它可以为火星景观创造高分辨率、彩色的3D全景。SuperCam也位于桅杆上,它使用脉冲激光研究岩石和沉积物的化学性质,并有自己的麦克风,以帮助科学家更好地了解岩石的性质,包括其硬度。
  位于探测器机械臂末端的炮塔上,X射线岩石化学行星仪(PLXL)和利用莱尔曼及发光原理探测宜居环境中有机物和化学物质(SHERLOC)光谱仪将共同收集火星地质特写数据,找出某些矿物和有机分子的存在,这些矿物和有机分子是地球上以碳为基础的生命基石。
  火星车底盘还有三种科学仪器。火星亚表层雷达成像仪(RIMFAX)是火星表面上的个地面穿透雷达,将被用来确定火星表面不同层是如何随着时间的推移而形成的。这些数据将有助于为未来寻找地下冰层的传感器铺平道路。
  同样着眼于未来对红色星球的探索,火星氧气现场资源利用实验(MOXIE)技术演示将尝试从稀薄的空气中制造氧气,稀薄的空气是这颗红色星球的主要二氧化碳大气层。火星车的火星环境动力学分析仪(MEDA)仪器在桅杆和底盘上具有传感器,将提供有关当今火星天气,气候和灰尘的关键信息。
  目前附着在“毅力号”腹部的小型“机智号”(Ingenuity)火星直升机是一个技术演示,它将尝试使用碳纤维和泡沫芯制成的旋翼叶片在另一个星球上进行次动力控制飞行。
  项目工程师和科学家现在将在接下来的一两个月内测试每个仪器,子系统和子例程。只有这样,他们才能将直升机部署到地面进行飞行测试阶段。如果成功的话,“机智号”可以为红色星球的探索增加空中维度,在这个星球上,这样的直升机可以作为侦察兵,或者为未来离开基地的宇航员运送物资。
  一旦“机智号”的测试飞行完成,探测器将开始认真寻找古代微生物生命的证据。
  JPL的火星2020任务项目经理John McNamee说:“毅力号不仅仅是一辆火星车,更多的是一群了不起的人们建造了它,把我们带到了这里。这项任务是关于人类坚持不懈时才得以取得的成就。我们走了这么远。接下来,看着我们继续前行。”
  关于火星任务
  about the Mars mission
  “毅力号”火星任务的主要目标是天体生物学研究,包括寻找远古微生物生命的迹象。漫游者将以火星的地质和过去的气候为特征,是收集和储存火星岩石和风化土的个任务,为人类探索火星铺平道路。随后,美国航天局将与欧空局合作,向火星发射航天器,从地表收集这些缓存的样品,并将其送回地球进行深入分析。
  火星2020 “毅力号”任务是美国宇航局“月球到火星”探测计划的一部分,其中包括阿耳忒弥斯探测月球的任务,这将有助于为人类探索红色星球做好准备。
  JPL是加利福尼亚州帕萨迪纳市加州理工学院的一个分校,为美国航空航天局管理“火星2020毅力号”任务和“机智号”火星直升机技术演示。
 
  人类火星探测经历了半个多世纪,取得过辉煌的成就,也有过痛苦的失败。随着科技的迅猛发展,火星不再是少数几个光顾的场所,越来越多的新兴航天也向往着这颗神秘的星球。今年我们也开启了次独立火星探测——天问一号。后续的火星着陆“暗战”将在中美之间展开,可见航天是实力的延伸之言不虚。美方选手是经验丰富的喷气推进实验室(JPL),中方选手是在火星探测上初露锋芒的空间技术研究院(五院)。
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