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第4408回：群雄逐鹿火星探索，毅力号取火星岩石
《黃劍博采風追影》公益科普教育文章，任何形式转载请联系作者(微信Jumboheritagelist 或 Huang_Jumbo)
米国“毅力号”火星车成功降落在火星上，车腹上绑着一架名为“机智” 的直升机。这次任务被视为欧美将火星岩石样本带回地球的第一步。太空任务的任何成功对全人类都有好处。
米国航天局指出，有史以来全球的火星任务中，只有大约40%的任务成功。因此，每一次有国家尝试火星探索的行为都令人讃赏，只要立意良善，且不是滥用经费就好。
火星与太阳的距离大约是地球与太阳距离的1.5倍，公转周期则是地球的约1.9倍。这导致了地球与火星的距离在4亿多公里与5500万公里之间大幅波动。为了节约航天器宝贵的燃料，前往火星的探测器通常采用霍曼转移轨道，而使用该轨道的时机每26个月才出现一次。本次火星探测的发射窗口大约在2020年7月底到8月中旬期间，如果错过，就只能等到2022年秋季。
米国“毅力号”火星车在2021年2月18日成功着陆，“毅力号”是米国史上最大的火星车，而上面搭载的“机智” 火星直升机也是首架降落在“红色星球”的直升机。为了在火星上着陆，探测器以超过2万公里/小时（1.2万英里/小时）的速度开始下降。
随后，降落伞和动力下降装置将火星车的速度减慢到每小时3公里左右，然后，大型天空起重机用3根桥索将火星车降到火星表面，让其6个轮子触地。米国其实对这个区域并不陌生， 因为他们的另一辆“好奇号”火星车就在大约3700公里（2300英里）外的盖尔陨石坑。
这样来看，火星上最大的平原乌托邦也不算太远。我们还打算在5月将第一辆火星车降落在这个地方。
除了航空部的“火星2020”，阿联酋的火星任务和我们的“天O问一O号”的三个火星任务都是在2020年7月发射，而“天O问一号”也将在今年稍晚尝试让探测器登陆火星。
到目前为止，比较有经验的火星探索者是米国，且其任务目标明确清楚。他们先让“毅力号”登陆后，在火星表面下寻找水和其他生命迹象，再收集岩石和土壤样本，并将其存放在罐子里。根据计划，这些样本是由米国和欧洲的联合收集，并在未来10年内带回地球。
接着谈谈史上第一架火星直升机“机智”。直升机是米国航天局想用来学习在火星大气中起飞和飞行的实验装置。这一点很重要，因为那里的大气层比地球上的稀薄得多，会影响飞行所需要的动力和升力，以及直升机叶片旋转的速度。
去年群雄逐鹿，探测火星再掀高潮，在去年夏天的火星探测发射窗口中，米国、我们、阿联酋分别派出了自己的探测器。由于公转轨道的原因，一旦错过了本次发射窗口，火星探测任务就得再等26个月。
阿联酋火星任务涉及一颗名为“希望”的卫星，于2021年2月9日进入火星轨道，是这三国任务中第一个成功抵达火星的。
“希望”将用两年时间在不同的高度运行测试，为全球科学界提供第一张完整的火星大气图。
为此，阿联酋与米国和其他国家的大学进行国际合作，展出出从油气经济转向知识经济的雄心。
另一方面，我们的“天某问某号”在2021年2月10日进入火星轨道，预期对火星大气进行调查。而在3个月后，我们也计划在火星上降落我们的第一辆探测器。
如同米国的“毅力号”，我们想要在火星上寻找生命迹象，包括火星表面以下的水。
火星2020是米国国家航空航天局（航空部）“火星探索计划”（Mars Exploration Program）的火星探测器任务，其中包括毅力号火星车和机智号无人直升机。航空部在2012年12月4日旧金山的米国地球物理联盟秋季会议上宣布了“火星2020”任务。该任务于世界标准时间2020年7月30日19时50分发射，于米国东部时间2月18日下午3时55分（北京时间2月19日上午4时55分）降落在火星的耶泽罗撞击坑上。
耶泽罗撞击坑，又译耶泽洛撞击坑或杰泽罗撞击坑，是火星北半球的一座撞击坑，直径47.52公里，座落于伊希地平原与大瑟提斯高原的交界带北缘，中心座标18.41°N，77.69°E。该撞击坑最晚约于36亿年前的诺亚纪晚期（或赫斯珀利亚纪早期）形成，内部富含黏土矿物，在形成初期极可能是一座长期存在的湖泊。撞击坑的名称“耶泽罗”源自波斯尼亚和黑塞哥维那中部的湖村（塞尔维亚语：Језеро / Jezero），这个名称在许多斯拉夫语族语言中都是指“湖泊”，即是由此而来。
撞击坑的边缘有两座扇状沉积区域，与类似河道的构造相通，普遍认为是当时来自尼利槽沟的河水沿河道冲破坑缘，汇入坑内形成湖泊之处。此外，探测卫星拍摄的影像显示该区域尚留有河曲沙洲与倒转河道，对这些地质构造的研究显示，当耶泽罗撞击坑还是湖泊时，注入湖泊的地表径流或可源源不绝的供给水源，因此湖水水位长期都没有明显变动。
由于地质古老，地形丰富，加上可能保存早期生命讯息的三角洲，米国航太总署于2018年择定耶泽罗撞击坑为火星2020探测车任务的着陆地点。
2000年代中期，行星地质学家透过火星全球探勘者号、2001火星奥德赛号和火星快车号等探测卫星记录到的资料，在当时未获命名的耶泽罗撞击坑周围发现数个峡谷系统，并在这些地点都检测出含有属于黏土矿物的膨润石族矿物（smectite）。由于黏土矿物需在有水的环境下形成，能以此推论此处一度有水存在。
此外，撞击坑西侧和北侧的峡谷内部都有发达的弯曲沟槽，被认为是在撞击坑形成后不久，由曲流形塑而成。而两座峡谷在与撞击坑相通处也都有三角洲沉积地形，显示水流曾沿此二峡谷注入撞击坑，形成一座深逾200米的湖泊；其中西侧的三角洲有明显的交错分层沉积，呈现典型的鸟趾状外观（birdfoot delta）。撞击坑东缘则连接另一座峡谷，推测是湖水流出的河道，通往地势更低的伊希地平原。
米国行星地质学家塞缪尔·尚恩（Samuel C. Schon）等人由撞击坑的地貌和沉积模型推算，西侧的三角洲需耗时100万至1000万年才能形成。
毅力号（英语：Perseverance）是由米国国家航空航天局下属的喷气推进实验室制造，用于火星2020任务中的火星车。该探测器已于米国东部时间2020年7月30日上午7:50（世界协调时11:50）发射，于2021年2月18日着陆火星。
毅力号的外观与好奇号大致相同，携带7种科学仪器，23个摄像头，两个麦克风，任务计划探测耶泽罗撞击坑附近的火星表面。毅力号还携带了一台名为机智号的无人直升机，配合毅力号进行科学研究。
确定火星上是否曾经存在生命：探测车任务重点是研究火星表面环境，在古代火星环境中形成的岩石样品中寻找保存下来的生物迹象，这些岩石环境可能有利于微生物生存。这是人类首次为了寻找过去微生物生命迹象的火星车任务。在这之前的火星车任务好奇号是确认火星曾经有过宜居条件。
研究火星的地质特征：探测车的设计目的是研究岩层记录，以揭示更多关于随着时间的推移火星地壳和表面的地质改变过程。火星表面的每一层岩石都记录了它形成时的环境。该任务将收集和储存一套岩石和土壤样品，这些样品将会有后续任务使其返回地球（43根样品管）。
为人类探索做好准备：探测车会验证并利用火星环境中的自然资源制造支持生命活动和燃料的关键技术。它还监测环境条件，以便未来任务的设计人员更好地了解如何保护未来登陆火星的人类探险者。这一科学目标与米国计划在21世纪30年代将人类送上火星的国家太空晸策有关。曾前往火星的机器人任务建立了对环境的认识，并为未来登陆火星测试了创新技术。
毅力号（英语：Perseverance）是由米国国家航空航天局下属的喷气推进实验室制造，用于火星2020任务中的火星车。该探测器已于米国东部时间2020年7月30日上午7:50（世界协调时11:50）发射，
于米国加利福尼亚时间2021年2月18日下午3时55分(北京时间2月19日04:55)成功登陆火星，并降落在耶泽罗撞击坑。毅力号的外观与好奇号大致上相同，携带 7 种科学仪器，23 个摄影镜头，两个麦克风，任务计划探测耶泽罗撞击坑附近的火星表面。毅力号还携带了一台名为机智号的无人机，配合毅力号进行科学研究。
好奇号工程团队帮助设计了毅力号，因此两者外观相似。不过工程师们重新设计了毅力号的轮子，使其更坚固，避免出现好奇号轮子破损的情形。毅力号的铝制轮子更厚、更耐用，并减小了宽度，增大了直径（52.5 厘米（20.7 英寸）），相比好奇号 50 厘米（20 英寸）的轮子更重。
铝制轮子上覆盖着用于牵引的夹板和用于提供弹簧支撑的弧形钛辐条。毅力号携带了更大的仪器套件、新的采样和缓存系统以及改装后的轮子，这使得它比前辈好奇号重了 17%（好奇号为 899 千克，而毅力号为 1050 千克）。此外，毅力号还装有一个长 2.1 米（6 英尺 11 英寸）的五关节机械臂，机械臂上配备了取芯钻，该设备可以定位在火星车前方的任何位置以采集岩石样本。
原本作为好奇号备用装置的多任务放射性同位素热电发生器(MMRTG)将会作为驱动毅力号的动力。毅力号的发电机质量为 45 公斤（99 磅），使用 4.8 公斤（10.6 磅）的二氧化钚作为稳定供应的热源，转化产生电能。该发电机能够产生约 110 瓦的电能，预计任务期间将会保持该水平。
此外，毅力号还携带两个锂离子充电电池在闲时储能，用于满足暂时超过 MMRTG 的稳定电力输出水平时的峰值需求。MMRTG 由米国能源部提供给 航空部 ，能够提供了 14 年的工作寿命。 与太阳能电池板不同，MMRTG 为工程师提供了极大的灵活性，即使在夜间，沙尘暴期间或者冬季都能够提供稳定的电源，方便工程师们操作毅力号上的科学仪器。
毅力号的计算机使用 BAE RAD750 辐射硬化单板计算机。该计算机包含 128 兆字节的易失性 DRAM，运行频率为 133 兆赫。飞行控制软件能够在一个单独的卡上访问 4 千兆字节的 NAND 非易失性存储器。
作为 “火星2020”计划的一部分，与 “毅力号” 同行的还有名为 “小机灵” 的实验无人机。这是一架质量为 1.8 公斤（4.0 磅）的太阳能无人机，将用于测试飞行稳定性以及提供预期 30 天的毅力号勘察最佳行驶路线规划任务。 除了相机外，它没有携带任何科学仪器。
基于毅力号的任务目标，初期提出了 60 余项仪器用于评估。2014 年 7 月 31 日，米国宇航局宣布了毅力号将携带的七项科学仪器。
X射线岩石化学行星仪（PIXL），这是一台X射线荧光光谱仪，用于确定火星表面物质的细微元素成分。
火星地下实验雷达成像仪（RIMFAX），这是一个穿地雷达，用于对不同的地面密度、结构层、埋藏的岩石、陨石进行成像，并探测 10 米（33 英尺）深的地下水冰和咸盐水。RIMFAX 由挪威国防研究机构（FFI）提供。
火星环境动态分析仪（MEDA），用于测量温度、风速、风向、压力、相对湿度、辐射以及尘埃颗粒大小和形状。它由西班牙天体生物学中心提供。
火星氧气 ISRU 实验仪（MOXIE），用于一项探索性技术研究：尝试从火星大气中的二氧化碳中产生少量的氧气。这项技术未来可能扩大规模，用于人类生命支持，或为返回任务制作火箭燃料。
超级相机（SuperCam），这是一套可以从远处对岩石和风化石进行成像、化学成分分析和矿物学分析的仪器。它是好奇号探测器上的 ChemCam 的升级版，配备了两台激光器和四台光谱仪，使它能够远程识别生物特征，评估火星过去的可居住性。洛斯阿拉莫斯国家实验室、法国天体物理学和行星学研究所（IRAP）、法国航天局（CNES）、夏威夷大学和西班牙巴利亚多利德大学合作开发和制造了SuperCam。
Mastcam-Z相机，它可以像双筒望远镜一样变焦并创建全景和立体图像，同时还可以确定火星表面的矿物成分和绘制3D地图。
拉曼荧光光谱仪（SHERLOC），这是一种紫外线拉曼光谱仪，利用精细尺度的成像和紫外线（UV）激光来扫描环境中是否有宜居有机化合物。
此外，还配备一些额外的摄像头，并首次在火星车上安装了两个麦克风，它们在登陆活动中、驾驶时、采集样品时，都会被使用。
米国国家航空航天局（航空部）发起的“把你的名字送到火星”活动，邀请全世界的人提交他们的名字，用来“乘坐”将来飞往火星的探测器。在毅力号上大约有 10,932,295 人提交了姓名。并通过光刻将名字刻在三个指甲大小的硅芯片上。其中包括米国国家航空航天局在命名竞赛中 155 名决赛选手的论文。该板块已于 2020 年 3 月 16 日安装在火星车上。
毅力号是在新型冠状病毒期间发射的，这场 2020 年 3 月爆发的疾病对任务产生了影响，为了表达对在疫情大流行期间提供帮助的医护人员的感激之情，科研人员在毅力号上放置了一块 8 X 13 厘米（5.1 英寸X 3.1 英寸）的牌子，上面刻有象征医疗的阿斯克勒庇俄斯之杖。项目经理马特·华莱士说，他希望前往火星的下一代能够感激 2020 年的医疗工作者。
阿斯克勒庇俄斯之杖中的木棒代表着人体的脊椎骨，也是人体中代表现在、进化、和灵性昇进的“中脉”。缠绕在木棒的蛇则是因为希腊人认为，每年都会蜕皮的蛇，象征恢复和更新的过程(疗伤的能力)，表示重生的意涵，体现在医学上即是治疗、恢复健康、挽回生命等医疗行为，此标志亦提示了医护人员之责任。一些掌管医疗及卫生的晸府部门和国际组织等，其标志绘有蛇杖图案。
毅力号上刻有象征医疗的阿斯克庇俄斯之仗的铝板.
米国火星探测车“毅力号”（Perseverance），于在美东时间2月18日下午3时55分，成功登陆火星，降落在火星杰泽罗陨石坑（Jezero Crater），并传回首张火星照片，写下人类太空史新页。
机智号（英语：Ingenuity）在火星2020任务中用来进行飞行技术验证，它可以提供目前轨道卫星或地面探测车和着陆器无法提供的独特视角。为探测器或人类提供高清晰度的图像，并使探测车能够进入难以到达的地形。。
机智号将在着陆后60-90天从毅力号腹下分离。 人类将首次实现飞行器在其他星球的受控飞行，与毅力号分离后将开展为期30天的飞行测试，飞行高度距地面3至5米，飞行距离可达300米（980英尺），每次飞行不超过三分钟，最多飞行五次。
在火星稀薄的大气层中证明有动力的气动飞行可行性：火星重力加速度较低，约为地球的1/3，但其大气层的厚度只有地球的1%，这使得产生气动升力难度较大。
验证微型飞行技术：这需要缩小机载电脑、电子设备和其他部件的尺寸，以便直升机足够轻，可以起飞。
自主作业：直升机将使用太阳能为电池充电，并依靠内部加热器在寒冷的火星夜晚保持工作温度。在接收到通过毅力号火星车中继的来自地球的指令，机智号每次试飞都是在没有团队人员实时控制的情况下进行的。
着陆系统（EDL）
EDL系统是用于进入火星大气层的整体结构，包括减速器、降落伞、下降级，以及用系绳将火星车下降到火星表面的空中吊装机动结构。
减速器由一个背壳和隔热罩组成，可以保护火星车免受进入火星大气层时所经历的高温。下降级通过反推发动机减速，它们在降落时会一个接一个地脱落，直到毅力号火星车安全降落在火星表面。
火星2020任务于2020年7月30日11:50（UTC） 发射成功。它将花费约七个月的时间前往火星，预计将在2021年2月18日着陆火星并降落在耶泽罗撞击坑。 在到达火星大气层时，航天器的速度将达到12,500英里/小时（20,000公里/小时）。
经过约七分钟的着陆程序后才能安全到达火星表面。若着陆过程中任何一步出现错误，都可能导致着陆失败，所以又被称为“魔鬼七分钟”。因为无线电信号从火星到地球需要花费超过11分钟的时间，所以毅力号必须自主完成着陆程序。当在地球听到航天器已进入大气层时，实际上它已经在地面上了。
在进入火星大气层前十分钟，航天器将脱离巡航器，该装置装有在地火转移轨道期间为航天器供电的太阳能电池板，无线电接收器和燃料箱。只留下有保护性的航空器外壳（里面装有火星车和EDL）进入火星大气层。在进入大气层之前，航天器会使用后壳上的小型推进器稳定自身，确保隔热罩向前，确保在与大气层时的高温不会损伤到航天器。
当航天器进入火星大气层时，产生的阻力会使它急剧减速，但这些阻力也会使它急剧升温。进入大气层后80秒左右，隔热罩的外表面温度达到约2370华氏度(约1300摄氏度)。然而，在航天器外壳里面是非常安全的，温度仅为室温。
当航天器穿过大气层下降时，或多或少会遇到密度较大的空气团，这可能会使它偏离航向。为了弥补这一缺陷，它会再次启动后壳上的小型推进器来调整升力的角度和方向。这种技术有助于航天器保持在前往着陆点的路径上。
隔热罩将航天器的速度降低到1000英里/小时(1600公里/小时)以下。此时打开超音速降落伞是安全的。为了确定降落伞的开启时机，毅力号使用一项新技术——射程触发器（Range Trigger）来计算航天器与着陆目标的距离，并在理想的时间打开降落伞以更高的精度着陆在指定的地点。降落伞直径70.5英尺(21.5米)，在进入大气层后约240秒展开，展开时高度约为7英里(11公里)，速度约940英里(1512公里)。
降落伞部署20秒后，隔热罩将分离。火星车第一次暴露在火星的大气中，摄像机和仪器可以开始锁定快速接近的火星表面。它的着陆雷达会反射地面信号来计算自身的高度。与此同时，另一项新的EDL技术——相对地形导航（Terrain-Relative Navigation ）也开始发挥作用。火星车使用特殊的摄像头快速识别地表上的特征，然后将这些特征与毅力号自身携带的地图进行比较，以确定自己所在的方位。地球上的任务小组已提前绘制了着陆地点最安全的区域。如果毅力号发现自己正朝着危险的地形前进，那么它会选择可以到达的最安全的地点。
在火星稀薄的大气中，降落伞只能将飞行器的速度降低到每小时200英里(每小时320公里)左右。为了达到安全着陆的速度，毅力号号必须脱离降落伞，并使用反推火箭降落下来。可以把它想象成一种喷气背包，它有八个引擎指向地面。引擎开启后会迅速转向一侧，以避免受到降落伞和后壳的撞击。其转向方向由运行地形相对导航的计算机决定。当它离地表6900英尺(2100米)时，火星车就会与后壳分离，并启动下降阶段的引擎。
当下降阶段趋于稳定并最终减速到下降速度约为1.7英里/小时(2.7公里/小时)时，它将启动“ skycrane”机动。着陆前约12秒，在地面上方约66英尺（20米）的地方，下降阶段会向下释放一组长约21英尺（6.4米）的电缆。同时，火星车会将其腿部和车轮锁定在着陆时的位置。一旦探测车感觉到它的轮子接触到地面，就会迅速切断连接的电缆。这使得下降阶段可以飞离地面，进行不受控制的着陆，与毅力号保持安全距离。
在发射后3小时左右毅力号自行进入了安全模式，关闭了除基本系统外的所有系统。这是一种安全功能，当计算机检测到生存条件不理想时将自动开启以保护探测器。航空部表示可能是因为地球阴暗面的低温造成了这一事件。
2020年7月31日，火星2020任务团队传回消息称“一切都很好”。毅力号已恢复到正常的非安全模式状态下。航空部表示，探测器进入这种状态是因为它的一个传感器被地球阴影中的低温所触发。据该任务的项目经理Matt Wallace说。毅力号携带着一架小型直升机和各种探测工具，正安全地驶向火星。
米国宇航局8月14日表示，火星2020任务的第一个轨道修正机动(TCM)取得了成功。飞船启动了8个推进器，调整了向火星的方向，开始将探测器发射后的初始瞄准点转向火星。火星2020的后面轨道修正计划分别在9月30日、12月18日、2月10日和2月16日。这将为2月18日毅力号火星车登陆火星做好准备。
火星2020任务于米国东部时间2021年2月18日下午12:30（北京时间2月19日上午1:30）在YouTube和航空部 TV直播着陆过程。
毅力号火星车与机智号无人机已于米国东部时间米国东部时间2月18日下午3时55分（北京时间2月19日上午4时55分）安全着陆火星。。。
米国是世界上最大的债主，它到处借钱，拿着别人的钱大搞高科技和核武器，这种智商确实让人刮目相看。。。米国少数科研人员是如此聪明，以至于他们可以从火星取岩石，但对于地球上一些肉眼都看不到的小小病毒，他们却束手无策。。。
Jumbo Huang Notes: Perseverance, nicknamed Percy, is an SUV-sized Mars rover designed to explore Jezero Crater on Mars as part of 航空部's Mars 2020 mission. It was manufactured by the Jet Propulsion Laboratory and launched on 30 July 2020 at 11:50:00 UTC. Confirmation that the rover successfully landed on Mars was received on 18 February 2021 at 20:55 UTC. As of 21 February 2021, Perseverance has been on Mars for 2 sols (3 Earth days) since landing.
Perseverance carries seven primary payload instruments, 19 cameras, and two microphones. The rover is carrying the mini-helicopter Ingenuity, an experimental aircraft that will attempt the first powered flight on another planet.
Mars 2020 is a Mars rover mission by 航空部's Mars Exploration Program that includes the rover Perseverance and the small robotic helicopter Ingenuity. Mars 2020 was launched from Earth on an Atlas V launch vehicle at 11:50:00 UTC on 30 July 2020, and confirmation of touch down in Jezero crater on Mars was received at 20:55 UTC on 18 February 2021. As of 21 February 2021, Perseverance has been on Mars for 2 sols (3 total days; 3 days) since landing.
Perseverance will investigate an astrobiologically relevant ancient environment on Mars and investigate its surface geological processes and history, including the assessment of its past habitability, the possibility of past life on Mars, and the potential for preservation of biosignatures within accessible geological materials. It will cache sample containers along its route for retrieval by a potential future Mars sample-return mission. The Mars 2020 mission was announced by 航空部 on 4 December 2012 at the fall meeting of the American Geophysical Union in San Francisco. Perseverance's design is derived from the rover Curiosity, and it uses many components already fabricated and tested in addition to new scientific instruments and a core drill. The rover also employs 19 cameras and two microphones, allowing for audio recording of the Martian environment.
