比起前輩們，毅力號先進(jìn)在哪里？

在兩百年前的望遠(yuǎn)鏡時代，只有等到每 26 個月一次的「火星沖」，人們才能看到火星的面貌——還未必能看清。到了探測器的時代，歷代火星車正在火星表面，隨時隨地地向地球發(fā)回火星最新的數(shù)據(jù)、照片和聲音。

去年七月，美國宇航局將一個神奇的飛行器送往了將近 3 億英里外的火星，并給它取名為「毅力號」。經(jīng)過六個半月的飛行，毅力號以每小時 12100 英里的速度到達(dá)了火星大氣層的邊緣，并成功降落。

這次發(fā)射總耗資約 30 億美金，其中毅力號的建造、發(fā)射、著陸與運(yùn)營費(fèi)用就高達(dá) 27 億美金。這使得毅力號超過造價25億美金的好奇號，成為人類歷史上最貴的火星車。

資金的大量投入沒有白費(fèi)，毅力號的落點(diǎn)較之前幾代火星車更為精準(zhǔn)、智能，它所攜帶的人類歷史上第一架火星直升機(jī)開拓了觀測火星的全新視角。更為重要的是，毅力號所開啟的“火星樣品返回”計劃，意味著人們對于火星生命的探索進(jìn)入了新階段。

愈發(fā)準(zhǔn)確的落點(diǎn)

「降落」，是任何登陸火星的飛行器，都必須經(jīng)歷的驚險第一步。

人類自 1960 年以來先后開展了 40 多次火星探測，成功率并不高，此前只有 8 次任務(wù)成功著陸火星并順利開展探測工作。

火星著陸的難度主要在于兩個方面：一是火星質(zhì)量大導(dǎo)致著陸的加速度大，需要探測器有更好的減速能力；二是從進(jìn)入火星大氣開始，探測器無法與地球通信，需要通過自主控制完成著陸。

由于毅力號有 1025 千克重，是迄今為止最重的火星車，其著陸時減速的難度就更上一層。為了解決這一難題，毅力號著陸采取了和好奇號相同的「空中吊車」技術(shù)。

在進(jìn)入著陸的最后階段后，空中吊車會啟動發(fā)動機(jī)進(jìn)一步降速，在到達(dá)一定距離后，釋放火星車接觸地面，最后空中吊車完成使命，切斷尼龍繩和線纜，自行飛走墜毀。

人類第一輛火星車旅居者號個頭只有微波爐大小，是由探路者號著陸器攜帶著降落到火星表面，使用氣囊完成降落后的緩沖減速，在著陸火星的最后階段借助氣囊多次彈跳來實(shí)現(xiàn)緩沖，最終安全停留在火星表面。

之后的勇氣號和機(jī)遇號火星車，體型超過 200 千克，攜帶的儀器相對復(fù)雜，采用火箭反推和氣囊彈跳完成最后的減速。

相較于前幾代火星車，「空中吊車」技術(shù)使得好奇號和毅力號以更為安全穩(wěn)妥的方式著陸。

然而，在地球上測試「空中吊車」的重要組件并不是件容易的事情，因為火星大氣的厚度只有地球的百分之一，引力只有地球的三分之一。要在地球上模擬火星的落地環(huán)境，雖然能做到，但模擬越精準(zhǔn)費(fèi)用越高，這也是為什么火星車的造價越來越高的原因之一。

對比 2021 年的毅力號和 2012 年的好奇號，二者雖然都采用「空中吊車」技術(shù)，但毅力號顯然更為先進(jìn)。毅力號采用智能辨別系統(tǒng)選擇著陸點(diǎn)之后分離降落傘，而不再像好奇號那樣機(jī)械定時、固定式分離減速傘，從而讓毅力號自主性軟著陸變得更安全、更智能，落點(diǎn)也愈發(fā)準(zhǔn)確。

23 日，美國宇航局 （NASA） 發(fā)布了由毅力號著陸艙和火星車拍攝的著陸視頻，以第一視角再現(xiàn)了著名的「恐怖七分鐘」著陸過程，這是有史以來首次被記錄下的火星著陸視頻。

盡管此前登陸火星的探測器已經(jīng)發(fā)回了大量的遙測數(shù)據(jù)和圖像，但此前發(fā)射的探測器均沒能記錄下著陸過程中的珍貴影像。而此次傳回的火星著陸視頻，為人類進(jìn)一步了解「恐怖七分鐘」和改進(jìn)未來的著陸技術(shù)，提供了寶貴的經(jīng)驗。

不一樣的視角

經(jīng)歷了恐怖的落地瞬間，火星車得以在更近的距離上「觀察」這個紅色星球。

目前，對行星的探測手段主要有環(huán)繞探測、原位探測和巡視探測三種。

環(huán)繞探測主要在環(huán)繞軌道上進(jìn)行遠(yuǎn)距離遙感探測，原位探測是利用著陸的探測器在固定范圍內(nèi)展開探測，巡視探測即為火星車在火星表面進(jìn)行觀測。

這三種探測方式各有局限。環(huán)繞探測清晰度受限，原位探測范圍受限，巡視探測雖然較為靈活，但火星車的行走范圍依舊有限。以機(jī)遇號」火星車為例，它在 14 年的工作過程中總共僅移動了 45 公里，相對于火星兩萬多公里的周長來說顯得微不足道。

為了突破種種觀測困境，美國噴氣動力實(shí)驗室展開了新的嘗試——「火星偵查直升機(jī)」。

人類歷史上第一臺火星直升機(jī)「機(jī)智號」跟隨毅力號一同登上了火星。這架直升機(jī)無法直接和地球聯(lián)絡(luò)，要通過毅力號進(jìn)行信息接力傳輸，因此，不能飛離毅力號太遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)航程僅 300 米，最遠(yuǎn)通訊距離為 1 公里。

雖然目前的火星直升機(jī)看起來功能尚不成熟，但噴氣動力實(shí)驗室的科學(xué)家們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)這一突破，專門為火星直升機(jī)研發(fā)了專門的模擬裝置。

直升機(jī)能夠升空飛行，靠的是旋翼在旋轉(zhuǎn)過程中與空氣相互作用產(chǎn)生的升力。而火星表面的大氣無論是密度還是成分都與地球不同，因此，火星直升機(jī)與地球直升機(jī)在構(gòu)造上將有很大不同。其次，火星上的重力加速度僅為 3.7 米每平方秒，因此同樣質(zhì)量的物體在火星上受到的重力將比在地球上小很多。

為了更真實(shí)地模擬火星環(huán)境，在進(jìn)行測試時，模擬裝置要先抽走內(nèi)部的空氣，再注入與火星大氣成分相同的氣體，使裝置內(nèi)部的氣體密度和氣壓與火星表面基本相當(dāng)。為了在地球上模擬火星上所受到的重力，這個裝置還用一個連接到直升機(jī)頂部的機(jī)動吊繩提供拉力，抵消一部分重力作用。

如果機(jī)智號在首次飛行期間成功起飛并懸停，那么該項目 90% 以上的目標(biāo)都將實(shí)現(xiàn)。如果旋翼飛機(jī)成功著陸并保持可操作性，最多可以嘗試四次以上的飛行，每一次都是在最后一次成功的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

火星直升機(jī)比軌道上的人造衛(wèi)星分辨率更高，而且比火星車更靈活。

機(jī)智號將提供一種獨(dú)特的視角，在目前高空的軌道飛行器或地面上的火星車無法提供的角度上，傳輸高清晰圖像并進(jìn)行觀察。它將為未來對這顆紅色星球的探索增加一個空中維度。

水、有機(jī)物與生命

幾十年來，各種火星探測器、火星車在地球上進(jìn)行層層測試，在火星大氣層歷經(jīng)考驗，在不同維度上觀測火星，無非想要證實(shí)一點(diǎn)：火星上是否存在或曾經(jīng)存在生命？

這幾十年的努力是從尋找「水」開始的。

2004 年 1 月，勇氣號、機(jī)遇號相繼著陸在火星的古謝夫撞擊坑和子午平原，它們的目標(biāo)是探尋火星上的冰。

2012 年 8 月，好奇號成功著陸于火星赤道一帶的蓋爾撞擊坑中，它的發(fā)現(xiàn)一度給了我們無盡的希望。

好奇號通過拍照等遙感方式遠(yuǎn)程探測火星表面的地貌、成分，在火星上鉆孔，直接采樣分析火星樣本的成分，發(fā)現(xiàn)了噻吩（C4H4S）、芳香族和脂肪族等復(fù)雜有機(jī)物在火星上的存在。

雖然上述的探測結(jié)果看起來收獲滿滿，但這些早期的任務(wù)并沒有發(fā)現(xiàn)任何決定性的生命跡象，NASA 行星科學(xué)部主任洛里·格萊茲 （Lori Glaze） 說：“我們現(xiàn)在知道，我們當(dāng)時設(shè)計的實(shí)驗并不是探測生命存在的正確方法?！?/p>

畢竟火星車上的儀器再先進(jìn)，也沒有在地球?qū)嶒炇依镅芯康萌妗?/p>

美國國家航空航天局（NASA）和歐洲航天局（ESA）準(zhǔn)備再進(jìn)一步，展開「火星樣品返回（MSR）」任務(wù)。該計劃設(shè)想到 2031 年，從火星上將樣本取回來。

MSR 工作的核心是在兩米長的機(jī)械臂末端安裝一個攝像機(jī)、分光鏡和鉆探設(shè)備的炮塔?？茖W(xué)家將利用炮塔來確定和檢索具有天體生物學(xué)意義的物質(zhì)，將其裝進(jìn)多達(dá) 43 個試管，然后儲存起來，供后續(xù)飛行任務(wù)取回。

具體實(shí)現(xiàn)探測和檢索功能的是以名偵探「夏洛克·福爾摩斯」命名的儀器 SHERLOC。SHERLOC 安裝在毅力號機(jī)器臂前端，包括一個紫外激光拉曼光譜儀和一個昵稱「華生」的相機(jī)，可以協(xié)同工作，精細(xì)探測火星表面的礦物成分、有機(jī)分子和可能的生命痕跡。

2026 年，NASA 將發(fā)射樣本回收著陸器（SRL）。SRL 將包括一個固定不動的著陸器、一個 ESA 提供的樣本回收車（SFR）和一個高度不超過 3 米的火星上升運(yùn)載火箭（MAV）。

NASA 火星取樣返回任務(wù)負(fù)責(zé)人布萊恩·穆爾黑德表示，MAV 必須要在低溫和多灰塵的火星環(huán)境中生存下來，然后還要成功發(fā)射并進(jìn)入火星軌道，「所以，這是一個具有挑戰(zhàn)性的發(fā)射場景」。

天問一號副總設(shè)計師賈陽則向極客公園表示，樣本取回的降落難度也十分大，「運(yùn)回時著陸地點(diǎn)要求比較精確，從火星那么遠(yuǎn)的地方運(yùn)回，要求落到一個地方并不容易。」

目前，火星取樣返回任務(wù)仍然處于概念階段，該項目還沒有正式列入 NASA 或 ESA 的預(yù)算中。

但再難的事情也總會被突破。就像對于拿著望遠(yuǎn)鏡對火星遙遙相望的人來說，著陸到火星表面近距離觀測是無法想象的，樣本返回難度再大也會隨著技術(shù)的發(fā)展被攻克。正如同「毅力號」的名字所寄予的希望那樣，堅持不懈地研發(fā)、測試、迭代，十年、二十年、幾十年后，人類對于火星的了解勢必將再次實(shí)現(xiàn)飛躍。
責(zé)編AJX