25 亿美金砸出来的火星车，到底发现了什么？

摘要：咱们书接上文，上文书讲到了好奇号火星车。这东西可是美国人的重点项目，这可不是凤凰号那种多快好省项目，花掉的钱可不是一个级别的。其实好奇号火星车可不仅仅是一辆火星车那么简单，而是有一个配套的系统。全称叫做“火星实验室”。这个项目前前后后花了足足25亿美元，这个项

咱们书接上文，上文书讲到了好奇号火星车。这东西可是美国人的重点项目，这可不是凤凰号那种多快好省项目，花掉的钱可不是一个级别的。其实好奇号火星车可不仅仅是一辆火星车那么简单，而是有一个配套的系统。全称叫做“火星实验室”。这个项目前前后后花了足足25亿美元，这个项目从2004年就已经开始策划了，目标有4个：

作为探索的一部分，它在前往火星途中，测量了航天器内的辐射暴露水平，并在探索火星表面时继续进行辐射测量，这些数据对未来人类任务非常重要。

由此可见，这个项目相当复杂，搭载的仪器也很多。其实美国人搞了这么多的火星探测器，目标只有一个，就是寻找生命的痕迹，而且是层层递进，目标也越来越大。以前凤凰号装的那套仪器，火星实验室也得装一套，而且还得更好。

三代火星车的对比，好奇号已经达到了“老头乐”的尺寸

凤凰号不需要挪动，没有运动能力。火星实验室还需要有运动能力，必须做成一个火星车，而且要在火星上溜达很多年，因此这个火星车肯定小不了。这个火星车的干质量达到了899公斤。这个火星车比勇气号和机遇号大多了，足足重了5倍之多，尺寸大了1倍，所携带的科学仪器多了10倍。

对于这么大的一个火星车，原有的像勇气号和机遇号那样的方案就不行了。你不可能再用充气气囊来作为着陆缓冲。你也不可能再用太阳能电池板来当做能源。必须依赖于核动力，一方面提供125瓦的电力，另一方面提供热量，用于保暖。这样一来，这个计划就变得特别贵。新技术太多，测试周期也变得特别长，到了2008年，火星车还在地面上摆着呢，就已经超支4亿美元。进度也严重落后了。不得已发射时间也就推迟到了2011年。

火星实验室因为比较重，整个系统达到了3.4吨的重量。只能用更强大的宇宙神5号来发射。整个系统包括火星车，外壳+防热大底，巡航级、降落伞系统和太空吊车系统组成。除了太空吊车以外，其他的设备以前都使用过，无外乎这一次的尺寸大了点。唯独这个太空吊车是个新装置，甚至在地球上都没办法完全测试，到底灵不灵，只有天知道了。

好奇号安装的设备

好奇号火星车的外形大致是个方形，下边装着6个轮子，靠悬挂装置和车身连接。盒子的左前方装着一根机械臂，右前方装着桅杆，车身上装了若干分析仪器。因为不需要太阳能电池板，背部空间全空出来了，仪器的开口多数都在背上。车尾巴上翘着通信天线，可以和地球建立数据通信，如果看不到地球，则可以利用卫星中继，和地球保持联系。

桅杆摄像头安装在脑袋下部

桅杆上装着一个方盒子，可以实现转向和俯仰，就像脑袋一样。两只立体相机安装在下相当于巴颏的位置。你可能奇怪，为啥眼睛不长在脑门上呢？因为脑门的部位被占用了。

激光器和光谱仪组件

脑门上安装了一台激光发射装置，以及光谱分析仪。好奇号可以利用激光来照射石头，把石头烧到冒烟为止，通过分析烟尘光谱，就可以知道岩石的成分。这种好处是可以远距离测量成分，火星车也不是哪里都能爬得上去，对于远方的岩石，只能采用这个办法分析成分。

桅杆中间装有大气传感器，可以用来测量大气的参数。机械臂有3个关节5个自由度，人的手臂有7个自由度，相对来讲，机械臂有5个自由度也就够用了。机械臂上装着显微镜，装着打洞取样的钻机，装着alpha粒子质谱仪。其他的仪器就都装在背上，除了降落摄像头装在肚子底下。上次凤凰号的降落摄像头就不顶用，好奇号自然是不会再犯这个错误了。

校准图案

对了，为了校准机械臂上的摄像头，在机身上带了一个校准的图案色板。由几块色块和由大到小的一串字符组成。色块是校准颜色的，字符是校准分辨率的。再下边是一枚一美分的硬币，上边有林肯的头像，这枚硬币也有来历，这个版本是1909年发行的，100多年以来，一直都没变过，到现在还在用。这个硬币也是用来校准摄像头的，但是选择用一枚一美分硬币，纯粹是JPL的科学家们的行为艺术，人家乐意。

JPL的科学家们耍个性的地方比比皆是，他们挖空心思要把自己的logo刻在轮子上。这个轮子直径50厘米，和真车轮大小差不多，是由JPL负责设计。但是，好奇号浑身上下也没有任何一个logo，你JPL也不能破例。结果呢，JPL的科学家们把轮子的防滑条做成了一行摩尔斯电码，正好代表着JPL三个字母。轮子在火星上每转动一圈，就会留下一行一行的清晰印记，这一串点划符号就留在了火星上。你说这帮人的心思都用在哪儿了。

轮子上暗藏摩尔斯电码

好奇号的2个前轮和2个后轮分别配备了独立的转向电动机，因此好奇号能够原地掉头，也可以越过直径约为50厘米的坑，或者是翻越65~70厘米高的障碍物。你让它爬和60度的坡，它也能对付，平地上的运行速度是每秒4厘米，看上去不快，但是每天在火星上跑个200米是肯定没问题的。

好奇号火星车是2011年的11月26号从卡纳维拉尔角发射升空，宇宙神火箭使用的主发动机是来自于俄罗斯的RD180，当时美俄关系还不错，俄罗斯的液氧甲煤油发动机价钱便宜，性能又强劲，单台推力达到400吨级，为什么不用呢？美国人也乐得省事，宇宙神5号的一级火箭用一台RD180+几个固体助投器，也就够用了。

等到好奇号千里迢迢飞到火星已经是2012年8月份了。这时候的整个探测器就像和圆形的糖果盒子。屁股上套着一个圆环型的巡航级，这个巡航级带着几个发动机，是专门用来修正轨道的，好奇号探测器总共修正了4次，整个飞向火星的巡航阶段，好奇号一直在缓慢的旋转，用来稳定自己的姿态。飞行过程之中，整个探测器除了几个探测宇宙辐射的仪器开机工作之外，其他的仪器都处于休眠状态，只要不拍照，就没有必要搞什么3轴稳定。靠自旋稳定就够了。

好奇号火星车先是抛弃了圆环状的巡航级，然后一杆子直接冲进火星的大气层。那个圆形的外罩上也带着发动机呢，可以利用这些发动机调整姿态。因为速度太快，防热大底和火星大气剧烈摩擦，烧得通红通红的，等到进入到11公里的高空，速度已经大大降低了，这时候的速度是470米/秒。探测器弹出降落伞，开始靠降落伞来减速。主降落伞的直径是16米，可以在2.2马赫的超音速条件下打开。

既然降落伞打开了，防热大底自然也就可以抛弃不要了，这时候火星车就完全裸露出来，探测器肚子底下的着陆相机就可以开始工作。这一回，着陆相机忠实的记录了整个火星车降落的过程，分辨率1600x1200，每秒刷新5帧。毕竟火星太远，传数据的速度上不来，能每秒钟刷新5帧就已经够可以的了。

降落摄像头拍摄的视频

这一次NASA进行了实况转播，根据前方探测器发送回的数据，实时在大屏幕上显示3维动画，当时观看人数达到了320万，大家都在关注好奇号火星车能不能顺利的在火星上着陆。现在，大家通过下降摄像头看到了清晰的地面情况，下面就是预先设定的目标地点盖尔陨石坑。这个目标是专家委员会挑选出来的，这里有丰富的分层地形，有利于好奇号去探索不同高度的火星地层。

等下降到了1.8公里的高度，火星车顶上的那个反推火箭盘开始点火，完成最后的动力下降阶段。降落伞和背壳就此被抛弃。过去探测器底座总是在最下边，落了地以后，火星车还得从底座上开下来，这次不用，这就是最重要的一个创新，火箭反推系统被做成一个扁扁的盘子，架在火星车上边，火星车是吊挂在这个盘子下边的。

你想啊，好奇号本身就有900公斤重，火箭反推的推力总得和重力平衡对吧。即便是火星上重力比较小，只有地球的38%，那推力也不小，如果还是像过去那样，把反推火箭装在底座上，那么强大的火箭会吹起火星上的尘埃，弄得火星车灰头土脸的，各种光学仪器都会受到影响。如果想避免这种情况，就必须把底座高高的架起来，那么火星车从高高的底座上开到火星表面，就必须搭一个斜坡，这样一来，就增加了不必要的重量。

好奇号的动画演示

那么好了，现在我们反过来，让反推火箭盘放在上面，在距离火星表面7.6米的高度完成悬停，然后用一个吊车系统把火星车缓缓放到地面上，这样既可以轻柔的着陆，又可以避免火箭喷气激起的尘土弄脏火星车。这不是两全其美的好事儿嘛。

当然，这套吊车系统以前从来也没用过，所以大家也不知道这套系统到底能不能发挥作用。因为只有在火星的重力条件下，这套系统才能完成悬停，在地球的重力数值下，它根本悬停不住，所以这玩意儿在地球上没法测试。所以不管是地面上的科学家也好，还是紧盯着直播的那些观众也好，面对着最后这一哆嗦，他们心里也没底。

好在呢，通过着陆摄像头的图像，大家可以看到火星车的确是缓缓地降落到了地面，当火星车的轮子感受到了自身的重量结结实实压在了火星的地面上以后，它立刻发送指令剪断了吊绳。悬停在空中的反推火箭系统为了避免燃料烧光以后掉下去砸到火星车，它铆足最后一把劲，猛推了一把，整个反推系统被扔到了几百米外的地方，它已经完成了自己的使命。

就此，好奇号火星车在完成着陆以后，立刻转换成了地面行动模式，它马上就可以开始工作了。正因伟进入降落伞下降的阶段，好奇火星车就已经可以开机工作了，摄像头时时刻刻盯着地面。数据一刻不断地往地球回传，所以它可以控制自己的着陆点，因此它的着陆精度相当的高。这个过程上就可以完美的避开那些大石头小石头，大坑小坑，安全性大幅度提高，新的着陆方式带来了一种变革。

盖尔陨石坑的地形，画圈的地方就是好奇号的着陆点

正因为火星距离地面实在是太远了。所以地面的测控人员只能负责宏观的任务规划。避个障啊，拐个弯儿啊，路线规划啊，都是靠火星车自己去决策。好奇号着陆的地点叫盖尔陨石坑。这个地方大概就在火星的赤道上，直径达到了154公里。这个环形山的中间有一座山叫做夏普山，形状有点像个弯月亮。弯月亮背后和环形山的中间有一块伊奥列斯平原，好奇号主要就是在这里进行探测。

科学家们为什么选择在这个地方着陆呢？就是因为从此前获得的信息来看。这个地方过去应该是有大量的水的。于是在这个陨石坑里面就形成了大量的沉积地貌，说白了就是淤泥，这些淤泥说不定已经变成石头了。科学家们很想知道这个地区的物质到底是怎么沉积的？是如何受到侵蚀的？这个过程其实是非常复杂的。正因为这里的地形地貌遭到过侵蚀，好奇号可以通过侵蚀的剖面了解岩层沉积的历史。通过对这些岩层的研究和分析，我们就可以知道火星的过去是不是宜居，现在为什么变成了这个样子。

核动力电源石墨包层之中的钚238

正因为好奇号使用了核动力电源，它不依赖于太阳能。勇气号和机遇号的太阳能电池板一天最多能发电600度。这点电完全不能跟好奇号的核动力电源相比。所以好奇号的工作效率要比勇气号和机遇号高得多，它可以时时刻刻都保持到处溜达到处考察的状态，它完全不需要停下来充电。到现在为止，好奇号依然还在火星上到处溜达，它已经在火星上连续不断的工作了14个年头了。当然了，核动力电池最大的问题是会衰减，现在它的发电功率只剩下100瓦，即便如此，也比太阳能电池板要强的多。

火星上河床的遗迹

好奇号这么多年来，取得了很多的科学成就。比如说，好奇号发现了泥浆沉积的痕迹，没有水，泥浆就无法形成，而且还看到了鹅卵石，只有在流水的冲刷下，才有可能产生卵石。这些发现说明这里在远古时代，曾经是大河奔流的河床。

目前所有的42个洞

这么多年来，好奇号已经在火星上钻了42个洞，是走一路钻一路，它发现火星上的岩石包含硫、氮、氧、磷和碳，这些都是生命必须的元素。这说明火星上的确有诞生生命的物质条件。

好奇号挖起的第一勺样品

好奇号钻探的孔，起了个名字叫“坎伯兰”

有机分子是生命的基石，火星样品分析仪对从夏普山和周围平原钻探的几个样品进行了长时间的分析，的确在这些样品里发现了有机分子。这个发现不一定意味着火星上存在生命，但是过去火星上的确是产生了组成生命的基本有机分子。而且这些古代有机物的确是有可能保存下来的。

火星上甲烷的可能来源

好奇号上的激光光谱仪检测到火星大气之中的甲烷的季节性变化，而且观察到甲烷在两个月内增加了十倍。甲烷的发现令人兴奋，因为甲烷可能是生物体产生的，也可以由岩石和水之间的化学反应产生。那么，火星上甲烷到底是怎么产生的？是什么导致了短暂而突然的增长？这个问题值得好好研究。

另外，好奇号上带着高能辐射探测仪呢，它发现来自银河系的高能宇宙射线比较强，宇宙之中有很多情况可以产生高能粒子，比如超新星爆发。另一种情况就是来自太阳的日冕物质抛射。毕竟火星的磁场几乎是没有，自然无法屏蔽这些高能带电粒子。火星上的高能带电粒子的辐射水平太强了，已经超过NASA对宇航员的职业限制，如果不屏蔽的话，人类直接上火星上不行的。

好奇号的数据将来都是重要的参考依据，万一美国人拼了命想登陆火星呢？万一马老板的火箭支楞起来了呢？对吧。

在高能粒子的轰击下，火星大气逐渐流失

对了，好奇号还发现火星目前的大气层之中的氢、碳和氩气重同位素的比例比较高。这种现象说明什么呢？因为火星磁场太弱，导致高能带电粒子可以长驱直入，这东西就像打保龄球一样，一个高能带电粒子可以砸跑好几个气体分子。当然越轻的气体原子越容易被砸跑。高能带电粒子也可以促使水分子分解成单个的氢原子和氧原子。氢元素的原子核只有一个质子，氢的同位素氘的原子核就多出来一个中子，相对来讲就不那么容易被砸跑。长此以往，氢原子损失更快，氘的比例就会上升。这起恰说明了，火星大气层长期以来在不断的流失。