作者：REN、大衛

北京時間 2 月 19 日凌晨 4 點 55 分，美國 NASA 的 “毅力號”（Perseverance）探測器成功登陸火星，正式開始在這顆紅色行星上探索生命存在的跡象。

NASA 噴氣推進實驗室（JPL）首席工程師 Rob Manning 表示，“這次著陸完成的太棒了，成功證明了 NASA 是有效的，是成功的。我們齊心協力，共同努力，實現了這一目標。從國家的角度來看，許多問題都應該這樣協力解決。”

NASA 在直播中展示了 “毅力號” 著陸后傳回的第一張圖片，降落時沾到鏡頭上的塵土營造了一種朦朧感：

（來源：NASA）

去年 7 月和 8 月，阿聯酋 “希望號”，中國 “天問一號”，美國 “毅力號” 先后發射升空，踏上了前往火星的漫漫征途。

如今，三位遠道而來的客人終于在火星聚首。

大約一周前，“希望號” 和 “天問一號” 已經順利制動進入環火軌道。阿聯酋此次的任務只是環繞火星，不包括登陸。而中國計劃完成 “環繞、著陸、巡視（探索）” 三個目標，所以 “天問一號” 會先環繞火星勘察 3 個月左右，之后再找合適的時機著陸。

因此，沒有環繞火星計劃的 “毅力號” 雖然出發最晚，抵達火星最晚，卻可以第一個完成登陸。

著陸成功后，“毅力號” 將稍事休整，工程師將花費數周的時間對所有儀器和功能進行測試和校準。

圖 | 全副武裝的 “毅力號”（NASA）

校準結束后，它將再花幾個月的時間前往 Jezero 火山口的第一個勘探地點。科學家相信，這里在 38 億年前可能是一個火星湖床，有可能在此發現古代生命的化石遺跡。

造價 27 億美元的 “毅力號” 還有一個更重要的使命，那就是盡可能多的收集并保存土壤樣本，然后靜靜等待未來的 “后輩” 帶它回家（或許只有樣本能回家）。

NASA 此前表示，將火星土壤帶回地球的任務可能需要超過十年的時間，一來一回，最早也要到 2031 年才能返回地球。

登陸火星

火星距離地球超過 2 億公里，超遠的距離讓通信變得十分困難，單程延遲大約在 11 分鐘左右。因此我們不可能在地球上實時控制火星探測器登陸，只能依靠探測器的自主登陸系統。

NASA 在直播中透露，裝有傳感器的探測器在進入火星大氣層時，可以感受到大氣的減速，當減速足夠明顯時，系統便會開始控制探測器，嘗試向著陸點導航，同時調節機身姿態。

在降落過程中，可能會出現上百萬種錯誤，著陸軌跡的微小變化都可能導致任務失敗。因此，NASA 將火星車著陸的過程稱為 “恐怖七分鐘”（seven minutes of terror）。地球上的工作人員只有等到登陸結束后才能知道它有沒有成功。

圖 | NASA 根據傳回的延遲信號模擬火星車是否成功降落（來源：NASA）

當被隔熱層包裹的火星車進入火星大氣層準備降落時，速度最高可以超過 5555 千米 / 秒（2 萬公里 / 小時）。降落過程中，與大氣之間的摩擦會讓其表面溫度迅速飆升，約 80 秒后達到最高溫度，隔熱層將承受最高 1300 攝氏度的考驗，相當于最炙熱的火山巖漿的溫度。

此時，受到隔熱層保護的火星車卻只能感受到室溫（20 度左右）。

在降落開始大約四分鐘后，“毅力號” 探測器距離火星地表約 11 公里，但時速仍然高達 1500 公里 / 小時。它這時將釋放一個直徑 21.5 米的超大降落傘，隔熱罩也將很快剝離。

圖 | NASA 傳統，執行發射和著陸任務要吃花生（來源：NASA）

探測器下方裝有 23 個雷達儀器和攝像頭，它們可以幫助火星車安全著陸，也能傳回畫面供工作人員分析。它還配有 “地形相對導航” 軟件，能夠處理相機拍攝的圖像，并將其與機載地形圖進行比較，從而確定航天器應該在哪些潛在的安全地點著陸。

降落進入到最后一分多鐘時，“毅力號” 距離地面約 2 公里，此時探測器將與外殼、降落傘分離，把自己的命運交給一臺空中吊車（Sky Crane）。

這是 NASA 在 2012 年首次啟用的火星車降落技術，成功幫助 “好奇號” 減速并著陸。

圖 | NASA 模擬動畫演示，空中吊車幫助火星車著陸（來源：NASA）

空中吊車配有 8 枚反沖火箭，通過三根尼龍繩與火星車相連，可以在短時間內減速至 2.7 公里 / 小時，幾乎處于懸停狀態。這使得火星車上的軟件能有足夠的時間在方圓 100 米的范圍內尋找安全降落點。

找到合適的降落點后，懸停在 20 米高空的空中吊車會慢慢將火星車放下，后者觸地后，尼龍繩會被切斷。

完成任務的空中吊車會自行飛走，在離火星車盡可能遠的地方壽終正寢。

希望如果未來人類真的登陸火星，不要只顧著找火星車和樣本，不妨也把它當作人類文明的歷史文物保存起來。

任務目標

“勇氣號” 與 “機遇號” 幫助人類更好地了解了火星上水的歷史，“好奇號” 發現了復合有機物的證據，它們是組成生命的原始成分。

這些證據告訴我們，火星過去可能是宜居的。“毅力號” 將邁出下一步，尋找古代外星生命的跡象。

選擇 Jezero 火山口，原因在于這里是有 38 億年歷史的遠古湖床，它處于三角洲位置，沉積物中可能存在與生物、生命有關的有機化合物和礦物質。

圖 | Jezero 火山口周圍地貌（來源：NASA）

“毅力號” 的 23 個相機將幫助科學家研究火星以獲取生命證據。其中最主要的是 Mastcam-Z 相機，它可以拍攝立體和全景圖像，并具有非常強大的縮放功能，可以放大需要進一步研究的目標，例如仔細尋找土壤模式和舊沉積物。

此外，SuperCam 相機負責調查巖石中的化學和礦物成分，并配有麥克風，可用于識別火星天氣。PIXL 和 SHERLOC 光譜儀將尋找復雜的生物學分子。SHERLOC 的 Watson 相機還將進行顯微成像，分辨率可達 100 微米左右，與人類頭發絲的直徑相當。

“毅力號” 需要花費數月時間前往 Jezero 火山口的第一個勘探點。如果火星上真的存在生命跡象，我們最早在今年夏天就能知道。

全新技術：MOXIE 和 Ingenuity

NASA 的每一項任務都運用了一些時下最先進的技術，“毅力號” 也不例外。

第一種技術是 MOXIE。這是一種小型裝置，旨在通過電解的方式將富含二氧化碳的火星大氣轉化為可用的氧氣。這個過程已經在地球上模擬過，但它在火星上將發揮更重要的作用。

氧氣的生成不僅可以為將來的火星殖民提供可呼吸的空氣，還可以提供用于火箭燃料的液態氧。“毅力號” 工作的前兩年，MOXIE 大約有 10 次制造氧氣的機會。每次將運行大約一個小時，產生 6 至 10 克氧氣。

圖 | MOXIE 設備（來源：NASA）

另一種技術是 Ingenuity。這是一架 1.8 千克的小型直升機，有望實現火星上的第一次動力飛行。它的部署大約需要 10 天。

Ingenuity 第一次飛行將升至空中約三米高，懸停和徘徊大約 20 秒。如果它能成功地在火星的超薄大氣（密度為地球的 1％）中飛行，那么它將有更多的機會飛往其他地方。

直升機上配有兩個攝像頭，將幫助科學家準確查看火星的地貌。就其本身而言，Ingenuity 并不是火星探索任務的關鍵，但未來當漫游車無法滿足探測需求時，直升機提供了另一種可能。

圖 | Ingenuity 直升機渲染圖（來源：NASA）

事實上，這些新技術并不是 “毅力號” 火星任務的關鍵。正如文章開頭所說，它最關鍵的使命是尋找生物跡象，同時為將火星土壤樣本帶回地球做準備。這可能需要 10 年才能實現。

探測器將鉆入地面并收集 40 多份樣本，未來 NASA 計劃和歐洲航天局 ESA 合作執行一系列聯合任務，最早可能在 2031 年將樣本帶回地球。

收集土壤樣本并非易事。樣品處理臂（SHA）由美國衛星圖像兼機器人公司 Maxar 制造，負責控制鉆探工作，并從地面上采集火星土壤的巖心。在火星苛刻的自然條件下，該機械臂需要承受從晚上的 - 73°C 到白天 20°C 的溫度波動。

但最大的難點是，它必須克服火星塵埃的影響。樣品處理臂位于火星車下方，會暴露在車輪卷入的大量灰塵中。在最糟糕的情況下，如果設計不當，或者運行中出現了意想不到的小問題，一粒微小的塵埃顆粒就足以讓機械臂癱瘓。

現在，“毅力號” 的成功登陸令人激動，標志著它邁出了萬里長征的第一步。未來，還有更多的挑戰等待著它，科學家們期待著它能進一步揭開火星神秘的面紗。

與此同時，這也讓我們更加期待中國 “天問一號” 數月后的登陸任務，預祝 “天問一號” 探測器上還沒有名字的火星車也能成功登陸。

-End-