书城科普读物神秘的太空世界丛书:神奇的宇宙空间探测器
47707800000018

第18章 奔向火星的探测器(4)

具有讽刺意味的是,尽管“火星极地着陆者”号在外太空杳无音信,尽管人们已普遍接受“任务已失败”的沮丧结局,但人们却惊奇地发现一个好玩的闹剧,因为人们发现“火星极地着陆者”号已被搬上了互联网拍卖网站的拍卖台。在拍品介绍栏中可以看到如下内容:“真正的‘火星极地着陆者’号:状况良好、干净,在10亿英里外运行正常,热卖价100万美元。”备注栏中还有一条:“最后的价格需征得美国宇航局同意,另外需自己到火星取货!”

在随后进行事故分析时,科学家们认为,探测器音讯全无有3种可能:

一是与太阳能帆板相连的环形巡航级可能因为6个爆炸螺栓中有的没起爆而未能同着陆器分离;

二是3个探测器失败的原因也可能各不相同,负责“深空2”号的科学家认为,“深空2”号的着陆点有一个巨大的陨石坑,可能会使着陆失败,或是信号无法传回;

第三种可能则是由于探测器的着陆过程复杂,可能会在降落伞、防热层和下降发动机等环节上出现错误,使探测器坠毁。

然而,有人指责美国宇航局在事件中出现了一连串行政失误,并做出了许多错误判断。一名知情者透露,“火星极地着陆者”号的减速引擎在建造时根本未能通过测试。该测试结果说明,用于点燃探测器气体燃料的点火器无法在临近火星时的低温状态下有效工作,这个问题将严重影响减速引擎的能力。

由于重新设计和改造的成本过高,一名宇航局官员在得知测试结果后,不仅视而不见,还暗地改变实验数据和温度参数,让人以为减速引擎可正常工作。宇航局高层负责人一直到“火星极地着陆者”号准备在1999年12月3日降落前数天,才得悉有关问题,可当时一切补救措施都无济于事了。

美国宇航局因此受到了各方责难。有批评者针对宇航局多年来引以为豪的“更快、更好、更省”的航天政策,指出人手不足和资金不够是导致火星探测计划一再受挫的主要原因。有专家指出,“更快、更好、更省”的目标不可能同时实现,三者只能取其二。

在接连损失了2个火星探测器之后,美国宇航局计划为今后的火星探测器安装黑匣子,以便在探测器失事时收集关键数据,作为前车之鉴。

美国喷气推进实验室正在研制的这种特殊黑匣子,所能承受的撞击力将比普通飞机黑匣子高三四倍。这种黑匣子的质量将不超过7千克,采用超硬钛金制造,外面包一层通常用于制造防弹衣的材料。黑匣子内部的电子元件不是安装在普通的电路板上,而是嵌在硬度极高的框架里,以提高抗撞击能力。

与普通飞机的黑匣子不同,火星探测器坠毁之后,工作人员不会去寻找黑匣子并把它带回来进行分析,而是向黑匣子发出信号,指令其把记录到的数据发送到卫星,然后送往地面控制中心。

研究人员还将对新型黑匣子的抗撞击性能进行测试,方法是用大炮把它发射出去,观察其受损程度。

人类探测火星的计划总是在成功与失败交替之间进行,而无论成功还是失败,每一次探测的周期都是2年多的时间。因为地球和火星轨道的关系,每26个月才会出现一次最有利的发射时间。

不孚众望的“奥德赛”火星探测器

虽然在1999年美国所发射的“火星极地着陆者”号以失利而告终,但美国似乎拿出了将火星计划进行到底的决心,在随后的2001年4月,美国的“奥德赛”号探测器又启程飞往火星。

事实表明,美国科学家之所以选择在这时发射火星探测器,主要是因为迎来了千载难逢的“火星大冲”——火星与地球的最近距离仅为55756622千米。根据天文学计算,这么近的距离5万年才有一次。

“火星大冲”示意图由于该机遇十分难得,美国和欧洲空间局谁都不甘心无所作为,于是在2003年六七月间,便先后有2个“火星探险漫游者”号和1个“火星快车”探测器从地球奔赴火星,从而使得新世纪的火星探测赛愈演愈烈。

2001年4月7日,“奥德赛”火星探测器在佛罗里达州卡纳维拉尔角的肯尼迪航天中心顺利发射升空。专家指出,探测器此次的主要任务仍然是在火星上寻找水,以确定在这颗红色行星上是否存在生命,并且探测器将测绘火星表面的化学成分和矿物质,同时寻找火星表面冰冻水的痕迹。

“奥德赛”火星探测器在设计上与“火星气候”探测器大同小异。它上面携带3台科学仪器,其中有2台可用于寻找火星表面或接近表面处的水源,从而使得火星找水工作再向前迈进一步,这2台仪器分别是γ射线光谱仪和热放射成像系统。而第3台仪器则是火星辐射环境试验装置,用于研究辐射可能给载人火星探测带来的危险。

γ射线光谱仪与美国1993年损失的火星探测器——“火星观察者”号上所携带的一台仪器相同,它可以测定火星表面元素构成的全球分布情况、水的分布情况以及接近地表部分的分层现象。它对水非常敏感,但缺点是只能“看透”约1米的深度。

而该探测器上的热放射成像系统可以利用一台相机和一台热红外成像光谱仪对火星矿物进行分辨率相当高的测绘。如果火星沉积物中含有由水载运的物质,就可能使某些岩石物质或土壤结晶成不同的矿物,从而显现出矿物质特征。有的矿物只有在有水的情况下才能形成,所以说只要找到这类矿物,也就找到了火星表面上有水参与溶解和沉积某些此类矿物的又一有力证据。

此外,“奥德赛”还携带了俄罗斯制造的高能中子探测器,它可以详细探测火星的近地表层,用以确定火星地表下2米以内的含水区域,并绘制出这些区域的地图。

为了避免重蹈覆辙,美国宇航局在“奥德赛”身上又多花了数百万美元,致使整个探测计划耗资巨大,开支膨胀到近3亿美元。与以前的项目相比,“奥德赛”项目又增加了数十道监测程序,在给“奥德赛”配备的计算机软件中有22万个参数,一旦某处出错,计算机会立即进行双重检查。

“奥德赛”火星探测器在历经200天、航行46亿千米之后,于2001年10月进入火星轨道。经过长达半年的飞行和数月的轨道调整,“奥德赛”于2002年2月正式开始了对火星的测绘工作。

“奥德赛”号火星探测器示意图事实表明,“奥德赛”探测器并没有让世人失望。“奥德赛”正式工作才一个多星期,就给科学家们带来了惊喜。它的首批观测数据显示,火星表面和近地表层中,可能存在着丰富的冰冻水。其中火星南极下面大约藏有1000万平方千米的冰面,此外在太阳系的最高火山——奥林匹斯火山的山坡上也发现了大量冰冻的水体。火星地表下面冰的厚度大约为20千米,比地球上南极的冰盖还要厚许多。

于是,科学家们推断说,火星地下含冰层的深度随纬度不同而有所差异。在火星南纬60°地区,表面之下60厘米处就是含冰层。而在南纬75°地区,含冰层相对要浅,距火星表面仅30厘米。除此之外,他们还发现,不仅是南半球,火星北半球也有类似的地下含冰层。另据分析,以质量测算,火星含冰层中冰冻水比例可能占到20%~35%。

据初步估计,已发现的火星地下冰冻水融化后的总水量相当于2个密歇根湖。美国康奈尔大学天文系教授贝尔估计,或许这还只是“冰山一角”。

如果这次有关火星冰冻水的研究得到进一步的确认,那肯定会推动人类登陆火星的计划。有了水,登上火星的人生活就容易得多。他们可以将冰化成饮用水,也可以把水的成分之一——氢用作燃料。

探索火星的功臣——“勇气”号火星车

2003年6月10日,美国“勇气”号火星车发射成功。美国宇航局专家们指出,“勇气”号如能不辱使命,那将标志着人类发射的星际探测器自动化程度提升到了前所未有的水平。因为它有自己的大脑、颈、头、眼睛、手臂,甚至还掌握着与人类地质学家所用工具类似的放大镜和锤子。

“勇气”号火星车示意图资料表明,该“勇气”号探测器长16米、宽23米、高15米,重约174千克。它的“大脑”是一台每秒能执行约2000万条指令的计算机,有趣的是与人类大脑位置不同,该计算机在火星车身体内部。

令科学家们感到欣慰的是,“勇气”号寿命已经达到1000个火星日。而专家透露,在它打坐拍出好照片的同时,“勇气”号已经有约200天没有挪地方,它出现在南半球的山地,而那里现在是冬季,太阳在地平线附近,位置很低,而太阳能电池板需要太阳几乎垂直照射才能有效采集能量,因此势必会造成能量采集不足。

资料表明,所谓“颈”和“头”只是火星车上伸出的一个桅杆式结构,距火星车轮子底部高度约为14米,上面装有1对可拍摄火星表面彩色照片的全景照相机作为“眼睛”。2台相机高度与人眼高度差不多,有了它们,火星车能像站在火星表面的人一样环视四周。

值得一提的是,当“勇气”号发现值得探测的目标,它就会以6个轮子当腿,运动至目标面前,然后伸“手”进行考察。火星车的“手臂”具有与人肩、肘和腕关节类似的结构,能够灵活地伸展、弯曲和转动,并且上面带有多种工具。

其工具之一便是显微镜成像仪,它能像地质学家手中的放大镜一样,以几百微米的超近距离对火星岩石纹理进行审视。另外还有穆斯鲍尔分光计和阿尔法粒子X射线分光计,它可以用来进一步分析岩石构成。还有一个相当于地质学家常用的小锤子的工具,能在火星岩石上打出直径45毫米、深约5毫米的洞,为研究岩石内部提供方便。

而“勇气”号探测器的能量来源是依靠餐桌大小的太阳能电池板,在理想情况下它每天最多可在火星上漫步20米,它的观测预计持续90个火星日(相当于地球上的92天)。

科学家指出,“勇气”号火星探测器是迄今人类遣往其他行星上第一个可以移动的、自动化的大型实验室。有科学家说:“我认为这是人类在火星探测方面向前迈出的一大步。”

一个可喜的成果是,“勇气”号现已测量出了火星上的温度,并且得出火星上的岩石温度要比由细小颗粒构成的物体温度低。那里目前白天最高温度约为5℃,而最低温度则约为-15℃,并且勇气号还首次对火星土壤进行了取样分析,获得了一批宝贵数据。并且科学家惊讶地发现,火星土壤里含有一种名叫橄榄石的化学物质,而其形成通常与火山爆发有关。此外,科学家还在“勇气”号传回的土壤数据中发现了其他一些熟悉的化学元素,如铁、硫、氯、氩、镍和锌等,其中镍和锌属于首次发现。他们据此推断,火星表土可能是由一层颗粒较细的火山岩组成的。

在随后的日子里,“勇气”号火星车还成功地在一块玄武岩类岩石上钻出一个小洞。这是人类火星探测史上的首次岩石钻孔。它花了3小时,用机械臂上的磨具钻入一块名为“阿迪朗达克”的岩石,钻出的洞深27毫米,直径45毫米,用以分析火星过去的地质构造。接下来,它利用显微成像仪拍摄了岩石的显微照片。

截至2004年2月10日,“勇气”号已在火星表面行走了212米,打破了“旅居者”1997年创下的单日行走7米的纪录。2004年2月16日,“勇气”号再次刷新了纪录,走了275米。

在随后的一天里,“勇气”号还将机械臂伸到火星表面的一道浅沟里,用以寻找那里是否曾经有水的线索。

2004年3月5日,“勇气”号第一次找到火星上曾有水存在的证据。它对一块名为“哈姆佛雷”的岩石进行钻孔。而后,科学家们在分析矿物质成分后认为,该岩石在形成过程中或刚刚形成之初曾有水渗入,矿物质随水分进入岩石,形成结晶并留在岩石内部。

在随后的3月11日,“勇气”号从火星上拍摄到了地球的照片。这是人类首次获得从其他行星表面拍摄到的地球照片。照片拍摄于日出前1小时,其上的地球是一个“明亮的圆点”。

后来,“勇气”号又拍到了的另一张照片记录到一条又窄又短的光迹。科学家们在分许后认为这可能是一颗流星,但也有可能是20世纪70年代升空的“海盗2”轨道探测器——它在完成探测使命后一直在围火星旋转。此外,它还拍到距地球约1500光年的猎户星座中多个明亮的星体。科学家指出,拍摄天文照片并不在火星车的主要使命之列,但这些照片有助于研究夜间火星大气中的灰尘和水汽含量。

2004年4月1日,科学家再次宣布,“勇气”号在其着陆区又发现了火星上过去可能有水的新证据。它在对一块名为“马扎察尔”的火星玄武岩进行探测时发现,该岩石外部被多层不同的尘埃所覆盖。这一发现强有力地表明,古谢夫区域曾有自己的水源供应。不过曾在古谢夫存在过的水很有可能是地下水,并且水量也许没有“机遇”号着陆的梅里迪安尼平原曾有过的水多。

关于“勇气”号的近况,美国宇航局太空网已在2009年5月作出报道,美国宇航局的“勇气”号火星车在火星上遇到了跟地球上的车辆遇到的类似问题——它陷进了软软的沙地里,不管轮子怎么旋转,身体就是动弹不得。