火星车

2020年是令人难以忘记的一年，尤其是对于天文学家来说。这是26个月才会迎来一次的火星探测窗口期，为了把握这次探测火星的难得机会，世界上一共有三个国家发射了火星探测器，分别是阿联酋的希望号，我国的天问一号以及美国的毅力号。

（图片说明：毅力号火星车于当地时间2020年7月30日发射升空）

除了希望号之外，其他两个火星探测任务都包含着一辆火星车，通过地面巡视，深入探索火星表面地质和大气环境。

火星表面的巡视探测并不是一件容易的事，火星车在绕火星公转时的速度可以达到每秒好几公里，然后通过一系列的减速措施降低到与地表相对速度为0的状态，听起来就让人感到困难重重。

不仅如此，火星和地球的距离非常遥远，即使是光速从地球抵达火星车再传回来，也要二十分钟左右的时间。因此，地面技术人员不可能对火星车的着陆进行实时控制，而是需要着陆器在预定的模式下全程自主完成，这就更是给着陆过程增加了挑战。

（图片说明：我国火星车在火星表面工作的假想图）

对于我国来说，此前从未有过火星探索经验，因此需要天问一号绕火星轨道器进行差不多3个月的观测和分析，才能在5月左右实施火星车着陆。这种第一次进行火星探索就执行地面巡视任务的计划，世界上绝无第二个国家敢如此尝试。由此可见，我国火星车的着陆，用千难万险来形容一点也不为过。

即便对于多次实现火星车探索的美国来说，这一次的着陆任务也同样充满了挑战。直到今天，全人类火星车着陆任务的成功率也不足一半，这足以让NASA毅力号火星车的技术人员捏一把冷汗。

（图片说明：毅力号进入火星大气层假想图）

和我国没有火星探测经验不同，美国已经掌握了大量火星气候环境的数据，这对于毅力号火星车来说无疑省下了大量的时间和精力。因此，在格林尼治标准时间2月18日20:48（北京时间2月19日4:48），毅力号火星车就将执行着陆任务。火星生死7分钟，即将上演！

火星车的着陆

根据计划，毅力号火星车将要在火星的耶泽洛陨石坑（Jezero crater）降落。这是一个直径约45公里的陨石坑，被认为很有可能是火星远古湖泊的遗址。在这里，我们可以看到类似于进水口和出水口的地形，这也是暗示它身份的重要证据。

（图片说明：耶泽洛陨石坑）

根据目前科学家的研究，火星在数十亿年前曾经非常宜居，环境非常宜人，甚至超过了当时的地球。那时候火星大气充足，表面水资源丰沛，甚至很有可能孕育了生命。如果那个时候的火星真的孕育了生命，那么它们很有可能生存于远古湖泊中。因此，耶泽洛陨石坑不仅可能告诉我们火星的水到底去哪了，甚至可能解答火星是否曾经孕育过生命的谜题。

当然了，想要完成这样的宏伟目标，就要建立在一个重要前提下，那就是毅力号火星车的成功软着陆。

火星车降落的难点，归根结底就在于如何减速。火星的大气层比较稀薄，很难通过摩擦给着陆器提供减速作用。因此，如何从每秒钟几公里的速度减速到0，几乎就要完全依靠着陆器自己的力量了。

（图片说明：毅力号降落示意图）

生死7分钟

说起来，毅力号火星车的减速模式和2012年NASA发射的好奇号火星车是一样的，只不过在后者的基础上又进行了改进。具体来说，它的降落过程是这样的（以下时间均为格林尼治时间）：

2月18日20:48，毅力号火星车正式展开着陆过程。此时，包含着毅力号火星车、机智号无人机以及用于减速的着陆器“天空起重机（Skycrane）”系统的一套保护性气动外罩（aeroshell）进入火星大气层，其初始速度达到了19500公里/小时，即5.4公里/秒。接下来的7分钟内，着陆器需要从这个恐怖的速度降低到安全速度。在进入大气层的过程中，气动外罩会因为与空气的摩擦升温到1300℃。不过它具有相当好的隔热性能，因此内部的设备不会受损。

（图片说明：辅助毅力号进行减速的巨大降落伞）

20:52，在距离火星表面约11公里的位置上，着陆器减速到1600公里/小时以下，直径达到21.5米的降落伞打开。20秒后，气动外罩前部的隔热罩弹出。两分钟后，气动外罩的后半部分也将与着陆器分离。

20:54，由于火星大气层比较稀薄，降落伞只能使着陆器减速到320公里/小时。此时天空起重机距离火星表面约2100米，它将会用7.6米长的尼龙绳放下毅力号火星车，同时给它的8个反推火箭点火，将速度降低到2.7公里/小时（即7.5米/秒）。
20:55，火星车着陆时的瞬时速度大约是2.5公里/小时，此时着陆已经不会有太多冲力了，所以无需减速到0。在毅力号成功着陆时，尼龙绳会被剪断，天空起重机“事了拂衣去”，消失在远方，为毅力号留下独自发挥的舞台。

（图片说明：毅力号火星车着陆全程示意图）

先驱

成功着陆之后，毅力号火星车将度过最危险的一关。在前30个火星日内，技术人员会对毅力号进行调试。随后，机智号无人机将会起飞，展开人类史上第一次在其他星球上的无人机飞行探测。在这些工作都完成之后，毅力号将正式展开自己的工作。

毅力号不仅携带了相机、雷达等设备，它还携带了一套钻探系统，可以挖掘火星上的岩石并加以封存，预计在10年之内，NASA会发射另一个火星探测器，将这些样本带回地球，实现人类历史上首次从其他行星上带回样本的壮举。

（图片说明：毅力号火星车）

毅力号的这次着陆，受到全世界的关注，尤其是我国和欧洲航天局及俄罗斯航天局的重视。后二者将在明年联合发射罗莎琳德·富兰克林号火星探测器，其在着陆过程中也会利用到类似的气动外罩。而相比之下，我国的天问一号将会在仅仅3个月后实施火星车的着陆，因此更加需要从毅力号的着陆过程中获取经验。

因此，虽然不是历史上第一辆火星车，但毅力号仍然是人类火星探测的先驱。我们希望未来世界各国的火星车都能够平稳着陆，为火星探索甚至是未来人类殖民火星贡献力量。相信随着越来越多火星探索任务的执行，人类登陆火星将不再是一个梦。

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