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美国宇航局的好奇(Curiosity)号火星探测器 是一个汽车大小的火星遥控设备。是美国第四个火星探测 器,也是第一辆采用核动力驱动的火星车,其使命是探寻火星上的生命元素。项目总投资25亿美元,是迄今(2012年)最昂贵的火星探测项目。
2011年11月26日23时2分,好奇号火星探测器发射成功,顺利进入飞往火星的轨道。
2012年8月6日成功降落在火星表面,展开为期两年的火星探测任务。
2013年10月1日,受美国联邦政府非核心部门“停摆”影响,媒体说美国航天已进入“休眠”状态,有报道称,正在火星上的“好奇”号火星车已进入“保护模式 ”。

武器性能

  • 中文名:好奇号
  • 外文名:Curiosity
  • 发射时间:2011年11月26日 23:02(GMT+8)
  • 着陆时间:2012年8月6日 13:30(GMT+8)
  • 发射地点:美国佛罗里达州卡纳维拉尔角
  • 着陆地点:火星盖尔陨石坑
  • 隶属机构:NASA
  • 使    命:探寻火星上的生命元素
  • 目录

    概述编辑本段

    项目背景

    自20世纪初期开始,人们凭着望远镜中看到的火星影像和头脑中的想象,认为火星上可能存在生命,乃至火星人。然而,当最早的着陆探测器海盗1号和2号在1976年触及火星表面的时候,人们大失所望,来自海盗2号的照片显示了一个寒冷、贫瘠、干燥、显然死掉了的行星。然而,也是在同一时期,科学家在地球海洋底部的深海热泉里发现了极端微生物的存在,这证明生命可以适应各种环境。
    火星探测器是一种用来探测火星的人造卫星。1962年,前苏联发射的‘火星1号’探测器是人类向火星发射的第一个火星探测器,美国发射了水手4号探测器,并成功飞到距离火星1万公里处拍摄了21幅照片。自20世纪60年代以来,美国发射十余次火星探测器,仅6次实现火星着陆 。
    1996年,美国宇航局发射了火星全球勘探者号探测器。这开启了新的探索火星的时期,一系列的轨道器和着陆器被送往火星。探测的结果让科学家了解到,火星其实蕴藏着活力。
    2004年登陆火星的勇气号和机遇号火星车已经发现,火星在过去曾经是温暖和湿润的,甚至可能存在过海洋。但是后来它的环境发生了巨大的转变。自那时起,美国宇航局火星探测任务的科学目标就围绕考察火星是否曾经支持生命存在而进行,好奇号火星车亦进一步推进美国宇航局“跟着水走”的战略。
    2008年11月18日,一项面向全美五岁至十八岁学生的为火星车命名的比赛开始。2009年03月23日至29日,普通公众有机会为九个进入决赛的名字进行投票,为火星车的最终命名作为参考。2009年05月27日,NASA宣布六年级的华裔女生马天琪的“好奇”最终赢得了胜利。

    火箭发射

    美国“好奇”号火星车于2011年11月26日从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地41号发射台发射
    “天空起重机”和“好奇”号组合降落体 “天空起重机”和“好奇”号组合降落体
    升空。美国航天局电视台画面显示,“好奇”号的升空时间为美国东部时间10时02分00秒211毫秒(北京时间23时2分)。
    美国东部时间2012年8月6日凌晨1时30分(北京时间6日13时30分),新型火星探测器“好奇”号计划着陆火星表面。 作为一个星际间太空飞行器,“好奇”号的能量来自钚 ,大小只有一辆小型机动车大小它已经从地球出发,旅行了八个半月了。“好奇”号携带的计算机会控制着陆过程,放慢速度,小心登陆火星表面。因为火星和地球之间存在时间差,地球上的科学家将在火星车着陆14分钟后才得到反馈。不过,美国宇航局官员表示,此后,还得需要几个小时甚至几天的时间才能确认着陆成功与否。
    首次获取火星岩石样本动态图 首次获取火星岩石样本动态图
    美国“好奇”号火星探测车2012年8月19日首次使用高能激光击打火星岩石,以期分析火星岩石矿物成分。
    好奇号火星漫游车利用机械臂末端的钻头钻取了火星表面一块基岩的样品,这是首次通过钻探获取火星岩石样本。NASA称这是好奇号自2011年八月抵达火星以来所取得的最大的具有里程碑意义的成就。着陆后,地面控制人员将指示好奇号利用携带的科学设备分析样品,分析其矿物和化学成分,以确定火星上是否有水,是否有或曾经有适合生命存在的环境。
    北京时间2012年9月27日,英国每日邮报报道,美国宇航局“好奇”号火星探测器在探索火星地貌时,遇到一块外形奇特金字塔形状的岩石。美国宇航局已去世的一名员工杰克·马蒂耶维奇命名这块岩石。这块金字塔形“杰克·马蒂耶维奇”(Jake Matijevic)岩石将首次测试好奇号最先进的分析仪器。漫游车将首次利用α粒子X-射线光谱仪(APXS)检测该岩石的组成成分。
    漫游车将于同一个火星日再次启程,它已经连续形成了138英尺(42米)的距离,是当前(201
    好奇号拍摄的最新火星照片好奇号拍摄的最新火星照片
    2年9月27日)最长的旅程。7周前,好奇号着陆火星,开始了长达两年的火星任务,将利用10项仪器评估在盖尔环形山精心挑选的研究地区,后者提供的环境条件被认为适合微生物生命存在。

    设计参数编辑本段

    重量

    发射质量3893kg,包括899kg的火星车;2401kg的进入、下降和着
    好奇号在火星 好奇号在火星
    陆(EDL)系统(包括降落伞和下降阶段的使用的燃料);以及539kg的巡航级(包括燃料)

    大小

    长度3.0m(不包括机械臂);宽度2.8m;最高处高度:2.1m;臂长:2.1m,车轮直径0.5米

    动力

    锂离子电池提供动力,多任务热电发生器(MMRTG)提供充电,MMRTG由洛斯·阿拉莫斯国家实验室研制,重45KG,包含4.8千克的钚-238

    运载器

    联合发射联盟(ULA)研制的Atlas-V541火箭(AV-028)

    主控电脑

    采用2台(其中一台为备用)IBM特制型号的电脑,可以承受-55和70度气温变化以及1000瑞的辐射水平。
    硬件IBM PowerPC 750为基础的RAD750处理器(可以提供400MIPS运算能力),256KB EEPROM,256MB DRAM,2GB 闪存
    软件在软件方面,NASA采用VxWorks操作系统。VxWorks由Wind River Systems(已
    火星车全局图 火星车全局图
    被Intel收购)开发,是在大量嵌入式系统中采用的实时操作系统。之前的火星探测器(旅行者、勇气号、机遇号)、火星侦察轨道器和SpaceX Dragon太空飞船都采用VxWorks。

    数据传送

    好奇号与地球的直接数据带宽大约8Kbit/s左右,但与火星探测器2001火星奥德赛号的最理想传输带宽则能达到2Mbit/s,而2001火星奥德赛号与地球的带宽为256Kbit/s。当探测器从漫游车上空飞过时,每次能通信八分钟,最多能传输250Mbit的数据,而这250Mbit数据需要花20小时才能传输到地球。
    寿命:“好奇”号的设计寿命是一个火星年,也就是大约687个地球日,或者669个火星日。

    附属设备编辑本段

    大型设备

    好奇号火星车 好奇号火星车
    减速伞:火星科学实验室的减速伞是飞往火星的最复杂的太空舱。设计必须考虑到它的庞大体积和重量,它是被发往这颗红色行星的最大的火星车,需要降落在火星上的精确位置上。
    隔热板:“好奇”号的隔热板和圆锥形后壳是有史以来在这方面最大的。它们使该火星车的外壳宽达15英尺(4.5米),比以前的火星车使用的隔热板都大,甚至比把宇航员送往月球的“阿波罗”号飞船使用的隔热板还大。用来保护火星车“机遇”号和“勇气”号的隔热板宽8.5英尺(2.6米),“阿波罗”号使用的隔热板宽不足13英尺(4米)。
    这个新型火星车的大小跟一辆小型轿车一样。它在这颗红色行星上降落过程中,为了把高温挡在外面,这个隔热板是用一种被称作酚碳热烧蚀板(PhenolicImpregnated Carbon Ablator, PICA)的材料制成的。这是火星任务第一次使用这么大的隔热板。酚碳热烧蚀板是由美国宇航局的艾姆斯研究中心发明的,这种材料作为美国宇航局回归地球的太空舱“星尘(Stardust)”号的隔热板,首次飞入太空。科学家利用“星尘”号太空舱收集一颗彗星的粒子并于2006年把样本带回地球。
    核电池提供稳定动力:“好奇”号的动力由一台多任务放射性同位素热电发生器提供,其本质上是一块核电池。因为使用了核动力。该系统主要包括两个组成部分:一个装填钚-238二氧化物的热源和
    放射性同位素发电机所在位置示意 放射性同位素发电机所在位置示意
    一组固体热电偶,可以将钚-238产生的热能转化为电力。这一系统设计使用寿命为14年,也高于太阳能电池板。该系统足以为“好奇”号同时运转的诸多仪器提供充足能量。“好奇”号的设计行程将超过19公里,并将在火星表面攀登高山。1997年,由“火星探路者”号携带升空的“旅居者”号火星车着陆。与这位重约10公斤的老前辈相比,“好奇”号要先进得多。
    天空起重机:美国宇航局专门为“好奇号”火星车设计了一套复杂的着陆程序。该火星车进入这颗红色行星的大气后,将借助一个大降落伞把它的隔热板及后壳扔掉,以减慢下降速度,然后再利用被称作“天空起重机(Sky Crane)”的推进器慢慢下降。这个起重机将利用电缆把该车放在火星表面,然后它会飞走最后坠毁。首次使用一种被称作“天空起重机”的辅助设备助降。由于难度高、风险大,美国航天局称之为
    好奇号在天空起重机的帮助下降落 好奇号在天空起重机的帮助下降落
    “恐怖7分钟”。“天空起重机”和“好奇”号组合体在经过大气摩擦减速和降落伞减速后“天空起重机”开启8台反冲推进发动机,进入有动力的缓慢下降阶段。当反冲推进发动机将“天空起重机”和“好奇”号组合体的速度降至大约每秒0.75米之后,几根缆绳将“好奇”号从“天空起重机”中吊出,悬挂在下方。距离地面一定高度时,缆绳会被自动切断,“天空起重机”随后在距离“好奇”号一定安全距离范围内着陆。“好奇”号于2011年11月26日发射。它将在火星表面着陆探测,以查明火星是否曾经存在适宜生命存在的环境。与到2011年仍在火星上探测的“勇气”号和“机遇”号火星车相比,“好奇”号个头要大得多,所携带的探测设备更多、更先进,在火星表面的连续行驶能力更强,它将是下一个10年中美国火星探测项目的“开篇之作”。

    小型设备

    桅杆相机:(以下简称MastCam)是“好奇”号的主要成像工具,负责拍摄火星地貌的高解析度彩色照片和视频,供科学家进行分析。MastCam由两个照相系统构成,安装在“好奇”号主车身上方的一个桅杆上。在“好奇”号在火星表面行进时,MastCam能够获得很好的视野。MastCam拍摄的照片将帮助任务组驱动和操控“好奇”号。
    仪器位置示意图 仪器位置示意图
    火星手持透镜成像仪:(以下简称MAHLI)功能相当于一个超级放大镜,允许地球上的科学家更细致地观察火星上的岩石和土壤。这台仪器可以拍摄小到只有12.5微米(不及一根人发的直径)的地貌特征彩色照片。MAHLI安装在“好奇”号的5关节7英尺(约合2.1米)机械臂末端,本身就是一个工程学奇迹。形象地说,这台仪器就是科学家的一个高科技手持透镜,将对准他们希望对准的任何地方。
    火星降落成像仪:(以下简称MARDI)是一台小型摄影机,安装在“好奇”号的主车身上,负责拍摄“好奇”号降落火星地面过程的影像。届时,这辆火星车将借助一个悬浮的火箭动力太空起重机完成降落。MARDI将在“好奇”号距离火星地表1英里(约合1.6公里)或2英里(约合3.2公里)时启动,此时的“好奇”号将丢弃隔热板。在“好奇”号触地前,这台仪器将以每秒5帧的速度拍摄影像。MARDI拍摄的录像将帮助“火星科学实验室”任务组规划“好奇”号的火星之旅,同时为科学家提供登陆地——直径100英里(约合160公里)的盖尔陨坑的地质信息。
    火星样本分析仪:(以下简称SAM)是“好奇”号的心脏,重83磅(约合38公斤),占到“好奇”号所携科学仪器总重量的一半左右。SAM由3个独立的仪器构成,分别是质谱仪、气相色谱仪和激光分光计。这些仪器负责搜寻构成生命的要素——碳化合物。此外,它们还将搜寻与地球上的生命有关的其他元素,例如氢、氧和氮。
    SAM安装在“好奇”号主车身内。“好奇”号的机械臂通过车外的一个进口将样本送入SAM。所采集的一些样本将来自于岩石内部,利用机械臂末端2英寸(约合5厘米)的钻头钻入岩石提取。这是第一个安装可提取岩石内部样本的工具登陆火星的火星车。
    化学与矿物学分析仪“(以下简称CheMin)可用于确定火星上的矿物类型和数量,帮助科学家进一步了解这颗红色星球过去的环境。与SAM一样,“好奇”号的机械臂通过车外的一个进口将样本送入CheMin进行分析。分析时,这台仪器向样本发射X射线,根据X射线的衍射确定矿物的晶体结构。克里斯普在接受太空网采访时表示:“在我们看来,这就像是在变魔术。”X射线衍射是地球上的地质学家使用的一种重要的分析技术,从未在火星上使用过CheMin将帮助“好奇”号进一步了解火星矿物的特征,超过它的前辈“勇气”号和“机遇”号火星车。
    化学与摄像机仪器:(以下简称ChemCam)可以向30英尺(约合9米)外的火星岩石发射激光,使其蒸发,而后分析蒸发的岩石成分。借助于这台仪器,“好奇”号可以研究机械臂无法触及的火星岩石。此外,ChemCam同样可以帮助任务组在远处确定是否应该派遣“好奇”号前往一个特定的地带进行探测。ChemCam由几个不同组件构成激光器安装在“好奇”号桅杆上,旁边是一台摄像机和一架小型望远镜。3台光谱仪安装在车身上,通过光纤与桅杆上的设备相连,负责分析蒸发的岩石样本中受激电子发出的光线。
    好奇号激光攻击岩石示意图 好奇号激光攻击岩石示意图
    阿尔法粒子X射线分光计:(以下简称APXS)安装在“好奇”号机械臂末端,负责测量火星岩石和泥土中不同化学元素的数量。届时,“好奇”号将让APXS与样本接触,APXS通过发射X射线和氦核进行分析。这些“弹药”能够将样本中的电子撞出轨道,进而产生X射线。根据放射出的X射线的特征能量,科学家能够确定元素的类型。“机遇”号和“勇气”号安装了早期版本的APXS,用于揭示水在影响火星地貌过程中扮演的角色。
    中子反照率动态探测器:(以下简称DAN)安装在“好奇”号主车身背部附近,将帮助火星车寻找火星地下的冰和含水矿物质。这台仪器将向地面发射中子束,而后记录下中子束的反弹速度。氢原子往往延缓中子的速度,如果大量中子速度迟缓,便说明地下可能存在水或者冰。DAN能够发现地下6英尺(约合2米)浓度只有0.1%的水。
    辐射评估探测器:(以下简称RAD)体积与一个烤面包机相当,在设计上用于帮助准备未来的火星探索任务。这台仪器负责测量和确定火星上所有类型的高能辐射,包括快速移动的质子和伽玛射线。RAD的观测数据允许科学家确定宇航员暴露在火星环境下时将受到多大剂量的辐射。此外,这一信息也有助于科学家了解辐射环境对火星生命的产生和进化构成多大障碍。
    好奇号发射升空 好奇号发射升空
    火星车环境监测站:(以下简称REMS)安装在“好奇”号桅杆中部,是一座火星天气监测站,负责测量大气压、湿度、风速和风向、空气温度、地面温度以及紫外辐射所有这些数据汇聚成每日和每季报告,帮助科学家详细了解火星环境。
    火星科学实验室进入、降落与着陆仪:(以下简称MEDLI)并不是“好奇”号携带的仪器之一。这一装置内置在隔热板中,负责在“好奇”号穿过火星大气层过程中对其进行保护。在“好奇”号穿过火星大气层过程中,MEDLI也负责测量隔热板经受的温度和压力。这些信息将帮助工程师了解隔热板的状况,同时利用这些数据改进未来的火星探测器。
    导航相机:好奇号在桅杆上装有两对导航用的黑白3D相机,每个有45度的视野。主要用于辅助地面控制人员规划好奇号的行动路线。
    化学相机:用高能镭射在远达七米外气化分析目标,通过分析过程中发出的强光,来测定目标物的成分。
    避险相机:好奇号在四个角落的较低位置各装有一对避开障碍用的黑白3D相机,每个约有120度的视野。它们主要用来防止好奇号意外撞上障碍物,并在软件的帮助下,让好奇号能够在一定程度上自主决定行走路线。
    机械手臂:好奇号的机械手臂备有钻头,可钻入岩石内部采集样本,并在机身内进行化验,将分析结果及时回传地球上的NASA。
    携带这些“科学武器”的“好奇”号相当于一个标准的野外地质学家,其能力足以令此前的任何火星着陆器相形见绌。以核燃料钚提供动力的“好奇”号在火星表面的连续行驶能力和机动能力都更强。美国航天局火星探测项目主任道格·麦奎斯申认为,“好奇”号是航天局“极为重要的旗舰项目……重要性与哈勃(太空望远镜)相当”。

    探索发现编辑本段

    拍到火星日偏食

    好奇号火星车拍到的日偏食2012年9月,好奇号火星车拍摄了大量火星日偏食的照片。地球上的日食由月球在太阳和地球之间穿过形成,火星上的日食则由火星的两颗卫星所致。照片中,太阳被火卫一遮住,好像被“咬”了一口。

    发现火星古河床遗迹

    2012年9月27日,美国宇航局的科学家称,他们在“好奇号”传回的火星照片上发现,在盖尔陨石坑( Gale Crater)北部边缘和夏普山(Mount Sharp)之间有许多已经聚合成砾岩的碎石,这些碎石应该是非常湍急的河水流过时带到这里的。根据这些碎石的大小和形状,科学家估算出这条古老火星河流的流速为大约0.9米/秒,深度大概相当于人的脚踝到臀部之间的高度。一些碎石已经被磨得十分圆滑,证明它们是经过了漫长的旅程到达这里的。

    发现不明物体似金属碎片

    2012年10月7日,在首次收集火星土壤样本时,好奇号火星车发现地面上存在一个尺寸很小的不明物体,好似银片或者其他某种物品的碎片。10月8日,由于发现地面上的一个明亮物体——可能是从“好奇”号上脱落的碎片——项目组决定不使用机械臂。“好奇”号拍摄了这个物体的照片,以帮助项目组进行鉴别并评估可能对样本收集带来的影响。

    铁证证明火星有水

    2013年9月,美国航天局“好奇”号火星车发现,火星表面土壤按重量算约2%是水分,这意味着每立方英尺(不到0.03立方米)的火星土壤能够获得约1升的水。美国伦斯勒理工学院和美国航天局等机构研究人员2013年9月26日在《科学》杂志上报告说,他们利用“好奇”号携带的样本分析仪,将其登陆火星后获得的第一铲细粒土壤加热到835摄氏度的高温,结果分解出水、二氧化碳以及含硫化合物等物质,其中水的质量约占2%。论文第一作者、伦斯勒理工学院的劳里·莱欣说,“现在知道火星上应该有丰富的、可轻易获得的水”,这是“最令人激动的结果之一”。今后如果有人登上火星,只需在火星表面铲起土壤,然后稍稍加热,就可获得水。

    机器故障编辑本段

    传感器受损
    2012年8月22日,美国宇航局通报“好奇”探测器携带的“气象站”之上的一台风况显示传感器损坏。传感器损坏的原因尚未查明,工程师们估计是“好奇”号着陆过程中火星表面石块飞溅,击中了传感器电路,破坏了布线。“气象站”记录空气和地面温度、空气压力和湿度、风速和方向,这些参数由遍布巡视探测器的传感器提供。
    位于小型吊杆正面的风力传感器未受影响,但只剩下一个传感器,这对全面了解火星上的风状况带来了困难,也降低了“好奇”号探测特定方向风速和风向的能力。
    钻头消毒不彻底
    2012年9月11日,当“好奇”号火星探测器最终展开机械臂钻入火星表面时,美国国家航空航天局(NASA)的科学家希望不要在这个布满尘埃的红色星球发现水,因为“好奇”号的一个钻头未经严格消毒,其表面所携带的细菌可能给火星造成污染。
    两台机载计算机故障
    美国航天局2013年3月1日表示,由于主计算机出现故障,“好奇”号火星车已进入名为“安全模式”的最小活动状态,其科学工作也已全部暂停。航天局喷气推进实验室“好奇”号项目经理理查德·库克表示,故障出现于2月27日,当天“好奇”号未向地球传回记录的数据,也未按计划进入睡眠状态。地面工程师检查后发现,故障与主计算机闪存崩溃有关。尽管崩溃原因未明,但科学家推测可能由宇宙射线中的高能粒子所致 。
    计算机删除文件故障致“安全模式”
    2013年3月18日,美国“好奇”号火星车项目首席科学家约翰·格罗青格说,由于17日晚第二次遇到计算机故障,“好奇”号再次进入名为“安全模式”的最小活动状态。出现的新故障是由于计算机系统要删除的一个文件与“好奇”号正使用的文件有关联,删除过程中发出错误提示,“好奇”号随即进入“安全模式”。格罗青格说,“这起并非罕见或不同寻常的事件”,仅意味着“好奇”号投入科学工作的时间再次被推迟。若不是出现这次故障,“好奇”号原本将于18日恢复科学工作。目前来看,解决故障可能需要“两个火星日”(一个火星日长为24小时39分钟35秒)。

    探索意义编辑本段

    根据奥巴马政府的太空战略,美国将以火星为太空探索的新目的地。美国航天局计划到2030年代中期,将宇航员运送至火星轨道。
    好奇号火星漫游车好奇号火星漫游车
    “好奇”号于2011年发射升空,它将扩大美国宇航局对火星的探索领域,并将有助于天文学家更好地了解这颗红色行星是否存在水。该火星车收集的数据,或许还有助于科学家弄清火星上是否存在生命,以及火星的可居性问题。该火星车还将对这颗红色行星的气候及地质情况进行评估,为人类探索任务做准备。

    休眠时间编辑本段

    2013年10月1日,受美国联邦政府非核心部门“停摆”影响,美国总统奥巴马说,航天局已“基本关闭”。媒体则说,美国航天已进入“休眠”状态。目前主要确保维持最重要工作。有报道称,正在火星上的“好奇”号火星车已进入“保护模式”。

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