8月6日,美国宇航局对“好奇”号火星车着陆进行了电视和网络直播,其信号也覆盖到了纽约时代广场,在这“世界十字路口”的巨幕上,成千上万的人们见证了“好奇”号着陆火星的历史性时刻。8月9日,美国宇航局公布了火星探测器“好奇”号发回的火星全景彩色照片。有网友评论道:“地面跟戈壁差不多,半空跟北京差不多。”
很多人或许不知道,通过对火星历史的深入研究,科学家们将可能发现地球历史中某个时期的模样,并预测地球演化的走向。更为重要的是,探索火星过程中,将使用更为先进的技术,对促进军民两用的相关科技发展大有脾益!
好奇心牵引火星探测
2009年,在火星科学实验室的征名比赛中,华裔女孩马天琪小朋友为火星科学实验室取名为“好奇”,被选中为正式名字。正如这个名字所代表的含义那样,正是人们对火星的好奇心以及技术的进步,促成了火星探测工程的逐步实现。
在火星探测器到达火星之前,人们对火星的了解都是通过肉眼或是望远镜进行观察,加上人们的主观臆测,总会出现一些误判。
1784年,英国著名天文学家威廉·赫歇尔认为,火星上的暗色区域是海洋,较为明亮的区域则是陆地或植被,并猜测火星上可能居住着智能生物,他的火星理论在西方流行了一个世纪。
1877年,火星与地球相距较近时,意大利天文学家乔瓦尼·齐亚巴雷利借助自己的望远镜观察到火星表面存在凹槽,他以意大利单词“eanali”对其进行命名,但翻译成英语时却变成“canals”(意为运河),被人们主观认为有智能生物存在,正是它们修建了运河。
火星上是否存在水?是否存在有机物?是否存在生命?从1960年10月10日开始的火星探测计划,从多个途径和角度去探测火星,并试图找到这些问题的答案。通过对火星探测器收集的数据进行持久的分析,教科书上的结论不断地被修改。
在火星探测之初,火星被认为是死亡星球。1996年《科学》杂志发表了一篇9位科学家共同完成的论文——《寻找火星上的古老生命:火星陨石ALIH84001残存有可能的生命活动痕迹》。科学家发现ALH84001新鲜的断裂面上含有大量的碳酸盐小球体和多环芳香碳氢化合物(PHA),并在扫描电子显微镜下观察到长约50纳米的卵状物。这些可能的火星生命证据引起了科学界和大众媒体的强烈反响。2008年“凤凰”号探测器登陆火星极地区域,发现包含氯气的高氯酸盐。不久前,意大利锡耶纳大学和美国南加州大学研究所的科学家对1976年“海盗”号火星探测器取回的土壤样本进行了相当复杂的数学聚类分析。该小组得出结论认为,这颗着陆器当年确实发现了微生物的迹象。火星上是否有生命又成了一个亟待解决的问题。
今年2月,据英国《每日邮报》报道,欧洲航天局的“火星快车”(MarsExpress)探测器借助最新雷达,发现了存在于火星北部平原上的低密度物质(可能富含冰),这表明火星上曾有一片汪洋,这些沉积物的发现进一步提升了火星曾是个“蓝色星球”的可能。但所有的水都到哪里去了这一问题的答案仍然悬而未决。
带着对这些问题的疑惑,“好奇”号火星科学实验室肩负着人们的期望,开始了新一轮的细致探索。
“好奇”号的利器
从1975年发射(1976年着陆火星)的“海盗—1”探测器以来,美国已成功执行了7次火星表面探测使命,即1975年发射的“海盗—1”与“海盗—2”轨道器/着陆器,1996年发射的“火星探路者”(MPF)着陆器/巡游车,2003年发射的“勇气”与“机遇”火星探测巡游车(MER),2007年发射的“凤凰”着陆器,以及这次成功着陆的“好奇”号火星科学实验室(MSL),逐步将火星着陆技术与表面巡游车技术推向一个新的高度。从“海盗”着陆器到“好奇”巡游车、美国历经三种火星着陆系统与三代火星表面巡游车技术的发展。三种着陆系统为火星腿着陆系统(“海盗”与“凤凰”),气囊着陆系统(“火星探路者”与“勇气”与“机遇”),以及空中吊机着陆系统(“好奇”)。
[pagebreak]“好奇”号首次采用空中吊机着陆系统,这套系统在着陆过程中发挥出色,使得“好奇”号从6000米/秒的进入速度,最后以0.75米/秒的速度着陆,顺利完成“进入—降落—着陆”过程,经受住了“恐怖7分钟”的考验。
“好奇”号的核心装备中还包括一台多任务放射性同位素热电发生器(MMRTG),它为“好奇”号提供任务期间所需的动力。这台发电机本质上是一块核电池,它可以将热能转化为电能。它主要包括两个组成部分:一个装填钚—238二氧化物的热源,以及一组固体热电偶,它们可以将钚—238产生的热能转化为电力。它包含4.8公斤的钚氧化物,可以提供稳定的热能用于火星车上供电,并确保“好奇”号能够挨过火星漫长严寒的冬季。
与之前的“勇气”和“机遇”火星探测巡游车相比,“好奇”号的个头大了一倍,携带的有效载荷更多,重量约为1000千克,是“勇气”和“机遇”的5倍。其近20公里的巡航能力、激光诱导击穿能力以及多种途径识别土壤和岩石中的化学物质的能力,都是先前的火星车所不具备的。这些能力让“好奇”号能更好地在火星表面上深入探测,获得更加准确的数据,以回答人们关于火星的疑问。
8月9日,“好奇”号火星车已开始利用其携带的“辐射传感器”测量火星辐射环境,相关信息将有助于设计未来的载人探索火星计划。
火星探测的技术转移
“好奇”号的承包商为美国洛克希德·马丁公司、波音公司和喷气推进实验室。这些机构是美国航天项目的主要承包商。通过美国宇航局良好的技术转移机制,在火星探测项目中积累的技术,既可以用作军事用途,也能成为改善人们生活的民用技术。火星探测项目获得不仅仅是对好奇心的满足,同时还有更加实际的经济和政治意义。
众所周知,世界上第一台数码照相机是由伊士曼-柯达公司于1975年制造的。其实,为解决火星探测中的成像和传送问题,美国宇航局喷气推进实验室的工程师尤金·拉里早在20世纪60年代就提出了使用马赛克光电传感器将光信号数字化并获得静态图像的方法,提出数码照相机概念。在接下来的几十年里,美国宇航局一直在研究开发小型、轻质、耐用的图像传感器,以制造出能够在太空极端环境中使用的产品。20世纪90年代,喷气推进实验室的艾瑞克·佛尚领导的研究小组成功改进了CMOS成像系统,即有源CMOS成像系统。该系统现在大量用来手机摄像、摄像头、医疗设备上,大大的改变了我们的生活。
为了探测火星大气中的尘埃,奥地利科学家海因里奇·伊格塞德发明的一项太空尘埃探测技术。该技术不仅可以探测火星大气中的尘埃、识别太空中的尘埃彗尾,还可以用在家庭或工作环境下的尘埃测定,测定地面环境中的尘埃量,以减少尘埃含量。这项技术的民用也将为人们的生活带来便利。
“好奇”号火星车耗资25亿美元,发射过程7亿,建造维护18亿美元,是有史以来最昂贵的火星探测项目。其强大的技术阵容必将收获更多火星的真相,可以预见其先进的技术必将转移,创造出更多价值。
火星探测背后的国家利益
火星探测的大门虽然是向所有人敞开,但是高超的技术门槛和高昂的成本将绝大部分国家都挡在门外。目前真正有实力进行独立火星探测的“火星俱乐部”成员,只有美国、欧盟和俄罗斯。
美国麻省理工政治学教授巴里·波森在2003年《国际安全》杂志上发表的《美国霸权的军事基础》一文中提出,美国霸权的军事基础为对“公用空间”的控制,即控制着公海、大气层空间和太空。外太空中利用高技术才能到达的月球、火星等星球都是“公用空间”的概念一部分。随着对月球、火星等行星资源的勘探和开发,美国早先对这些“公用空间”的投入和控制将占有开发的优先权,实现其国家利益。
但在火星开发初期,利益尚不明确的情况下,多个国家合作探索是减轻成本、提高效率的必经之路。
在“好奇”号的研发中,美国就和法国开展了合作。“好奇”号携带的有效载荷中,化学相机(ChemCam)和矿物样本分析仪(SAM-GC)都是由法国制造。
美国宇航局由于研究经费削减,不得不退出了欧空局牵头的“外空火星”项目。但在今年5月10日,俄罗斯联邦航天局与欧空局在瑞士签署一份关于“外空火星”探测项目合作的协议,共同开展未来的火星探测。
万尼瓦尔·布什1945年发表了题为《科学:无止境的前沿》,阐述了他有组织地推进科技革新的思想。罗斯福在给万尼瓦尔·布什的一封信中曾写道:“新的智力边疆正展现在我们的面前。如果我们能以我们从事战争的同样的远见、同样勇敢和同样的勇往直前精神来开拓它们,我们就会创造出更充分和更美好的就业机会以及更富裕和更美满的生活。”
以火星探测为代表的,好奇心驱使的科学,就是这无止境的前沿。