好奇號的火星之旅 _美國

著陸區域：美國航空航天局的科學家開發出了一種能讓火星車更好地從天空著陸到火星表面的方法：“太空起重機” 。

對于火星科學實驗室任務，研究人員重新設計了進入EDL階段的過程。

激光器會向7米外的巖石發射一系列紅外脈沖，百萬瓦級的能量將使巖石上的小塊區域汽化，產生閃光。望遠鏡將觀測閃光并將信號發送給分光計，分光計會分析閃光的波長并據此確定巖石類型。
8月5日，美國航空航天局的火星科學實驗室將抵達火星大氣的邊緣。此時，這個重約3.86噸的裝置已經以超過2.1萬千米/小時的速度在太空中旅行了5.6億千米，但是對它來說，真正的挑戰現在才剛剛開始。在接下來的7分鐘時間里，它將在厚128千米的火星大氣中垂直跌落，承受高達約2400攝氏度的高溫，并引導自己猛烈減速，最終降落在巨大的蓋爾隕石坑。
火星科學實驗室是迄今為止最為野心勃勃的火星探測項目。它攜帶的火星車“好奇號”的長度是上一代火星車“勇氣號”和“機遇號”的兩倍，重量則是它們的5倍。它的著陸區域面積為384平方千米，只有“勇氣號”和“機遇號”著陸面積的1/3，因此需要前所未有的精度。此外，“勇氣號”和“機遇號”在為期3個月的主任務階段一共只移動了不到1600米，而“好奇號”卻將在一個完整的火星年，也就是687個地球日的時間里，在火星崎嶇的地面前進約20千米。
火星科學實驗室的任務是，確定火星是否—或則曾經—存在能支持生命生存的環境。它將用最先進的太空探測工具來完成這一任務。實際上，這不僅僅是一次單純的火星任務，它還將對若干種新開發的工具和技術進行驗證。幾十年后，這些技術和工具將幫助人類對木星的衛星木衛二進行探測，并幫助我們最終殖民火星。
恐怖的7分鐘
在所有成功接觸到了火星大氣的11次火星任務中，有5次由于在進入大氣層、下降和著陸(EDL)階段出現故障而失敗，這也是為什么工程師們將這個階段稱為“恐怖的7分鐘”的原因。對于火星科學實驗室任務來說，研究人員重新設計了進入EDL階段的過程。他們用精確的引導進入系統取代了以往粗糙的進入方式，并開發出了新的著陸方法—太空起重機，這種方法今后將成為大型太空車的標準著陸方法。
進入0分鐘
在準備進入階段，火星科學實驗室由4個主要部件構成：后蓋、熱護罩、降落模塊和“好奇號”火星車。在抵達火星外層大氣前，火星科學實驗室將首先從后蓋上丟棄兩個75千克重的鎢配重。丟棄配重后，重心的變化將使得火星科學實驗室與航向形成一定的傾角，產生一定的升力并接受導航控制。在火星科學實驗室的后蓋上共有8個推進器，它們推動它向著陸區域前進。在差不多4分鐘時間里，摩擦力的作用將使火星科學實驗室的速度降低到1600千米/小時。此時它會再次拋棄6塊配重，重新恢復平衡，消除其自身與前進方向之間的傾角。
下降 4分鐘
一旦火星科學實驗室的速度降低到1440千米/小時，它將會釋放一個直徑約15米的尼龍-聚酯纖維降落傘。降落傘打開后的一分半時間里，火星科學實驗室的速度會降低到290千米/小時。當它攜帶的雷達探測到與火星表面的距離只有8000米的時候，熱護罩脫落，名為“火星下降成像器”的高分辨率相機開始工作，科學家日后將利用它拍攝的視頻對著陸地點及其周圍環境進行分析。熱護罩分離80秒后，后蓋帶著降落傘同時與主體分離，只留下降落模塊和火星車繼續降落過程。
著陸 7分鐘
在距離火星表面1600米的時候，降落模塊上的8臺再入火箭推進器點火，在40秒內將火星科學實驗室的速度降低到2.75千米/小時。在距離火星表面約20米的高度，降落模塊在保持以2.75千米/小時的速度下降的同時，通過名為“太空起重機”的設備，用尼龍繩將“好奇號”火星車放下。火星車上的計算機將通過“臍帶”，向降落模塊發送指令。一旦火星車抵達地面，距離地面7.5米高的降落模塊將松開尼龍繩，飛離火星車上方，并在其北面150米遠的地方墜毀。此時火星車將從EDL模式切換到表面模式，開始其探測任務。
探測過程
在主任務階段， “好奇號”火星車將記錄火星的天氣變化，分析空氣成分，對巖石進行測試以尋找氨基酸、甲烷或者其他能表明火星上現在或者過去有生命存在的有機物。它將面對極低的溫度、大風、沙坑和懸崖等危險。為了能滿足這些苛刻條件的挑戰，工程師用與以往完全不同的方式打造了這輛新一代火星車。與以往的任何火星車相比，它都更堅固、更智能，并能攜帶更多的科研設備。
能量
為了滿足“好奇號”這樣高能量密度的大型火星車的能量要求，工程師們為它配備了核反應堆。反應堆重約45千克，利用火星車攜帶的4.8千克钚的衰變，每天能產生約2.7千瓦時的電能，是“勇氣號”和“機遇號”火星車攜帶的太陽能電池發電量的3倍。散熱系統會引導反應堆的廢熱為“好奇號”的兩臺主計算機保溫，防止其在夜晚零下90攝氏度的低溫中凍壞。
導航
盡管科學家會控制“好奇號”的某些路線和任務，但是絕大多數目標還是要靠它自己來完成。為了躲避危險，“好奇號”會利用安裝在桅桿上的兩臺導航相機所生成的3D圖像和安裝在車身上的兩對立體魚眼相機產生的圖像進行導航。火星車會用圖像識別軟件對上述設備拍攝的圖像進行分析。一旦遇到障礙或者危險地形，它就會自動選擇一條安全的規避路線。
尋找目標
為了確定應該鉆探哪塊巖石， “好奇號”會利用“化學與成像(ChemCam)”系統首先進行遠距判斷。“化學與成像”系統由安裝在桅桿上的激光器、望遠鏡、相機和安裝在車身上的分光計組成。首先，激光器會向7米外的巖石發射一系列紅外脈沖，百萬瓦級的能量將使巖石上的小塊區域汽化，產生閃光。望遠鏡將觀測閃光并將信號發送給分光計，分光計會分析閃光的波長并據此確定巖石類型。如果發現某塊巖石有存在有機物的希望，任務計劃器會在第二天指示“好奇號”對其進行鉆探。
通信
“好奇號”會每天兩次把任務數據通過超高頻無線電傳送給火星觀測軌道器(MRO)—2006年MRO就開始了環繞火星的飛行。利用能傳送更多數據的X波段無線電，MRO將把“好奇號”發送來的任務數據中繼給任務專家。(信號抵達地球需要8~22分鐘時間。)地球上的科學家將利用“好奇號”的成像和傳感數據進行每天的任務計劃。不同的是，這次他們是按照預定的時間—火星時間上午9點半左右—通過X波段無線電直接把指令發給火星車。
鉆探
現有的火星車只能在火星的表面上刮取一些樣本進行分析，但是地表是找到有機物可能性最小的地方—有機物會在陽光的照射下分解。為了解決這一問題，工程師給“好奇號”裝備了1.8米長、帶有5個關節的機械臂，在機械臂的末端是一個旋轉的沖擊鉆，足以在巖石上鉆出5厘米深的孔。巖石粉末通過通道進入處理單元，之后經過過濾，直徑小于150微米的粉末會進入科研設備進行分析。
分析
“好奇號”將利用兩種工具確定火星上是否曾經有適宜生命生存的環境：“化學與礦物(CheMin)”系統和“火星樣本分析”設備。這兩種工具都安裝在火星車的車身上，并從機械臂接收樣本。“化學與礦物”系統利用X射線衍射和熒光在樣本中尋找生命環境下才會出現的礦物質，“火星樣本分析”設備則會利用激光光譜和氣相色譜法在樣本中尋找能創造生命的有機物。
“好奇號” 的前進路線
在評估了60處可能的著陸點后，科學家最終選擇了蓋爾隕石坑。“好奇號”將會對隕石坑下方側面平緩的斜坡進行探測。科學家對這里的一處扇形淤積區域特別感興趣，因為這片區域很可能意味著泛濫的洪水、沉積的淤泥和硫酸鹽，而這就意味著有機物的存在。
【好奇號的火星之旅】
科技新時代雜志