“鳳凰”號——圓夢之旅

王　文

于2007年8月4日發(fā)射升空的美國“鳳凰”號火星探測器，歷時9個多月在太空“奔走”7.11億公里后，終于在北京時間２００８年5月26日7時53分"踏上"了火星北極地區(qū)，成為首個登陸火星北極地區(qū)的探測器?！傍P凰”號著陸約2小時后，工作人員接收到它從火星傳回地球的第一批40余幅黑白圖像，開始了為期90天研究火星北極地區(qū)是否擁有生命的勘測重任。那么，它是如何“有驚無險”地成功登陸火星北極？它究竟擁有怎么樣的先進探測設備和技術手段？它究竟能否找到表征所必需的原始成分而被永載史冊？下面讓我們一起把目光聚焦“鳳凰”號的“臺前幕后”。

幾近完美的發(fā)射登陸

據(jù)悉，人類在這之前曾進行過多次登陸火星的嘗試，但只有5次獲得成功。人們也許還記得，1999年美國的一個“火星極地著陸者”探測器在登陸火星南極時，因提前關閉發(fā)動機而一頭撞在火星表面墜毀；4年前，“機遇”號和“勇氣”號火星探測器則是依靠降落傘和安全氣囊彈跳著在火星表面作“硬著陸”。

這次“鳳凰”號為了實現(xiàn)準確而又安全的“軟著陸”，也就是說，既要避免重蹈“火星極地著陸者”的覆轍，而又要改變像“機遇”號和“勇氣”號那樣的“硬著陸”方式。采取了一系列技術措施，這其中包括火星探測衛(wèi)星、德爾塔2型火箭、三角支腳和反推火箭，等等。

專家指出，“鳳凰”號著陸區(qū)域內遍布著500萬塊大巖石和許多不規(guī)則裂縫，著陸時一不小心便會“出師未捷身先死”。首先，一顆“火星勘測軌道飛行器”先行對著落區(qū)域長時期拍照，為“鳳凰”號著陸“踩點”，選取一塊平安之地。其次，為“鳳凰”號配備德爾塔2型運載火箭，這種三級火箭可根據(jù)任務需要捆綁多個固體火箭推進器和選擇有效載荷整流罩的大小，以確保“鳳凰”號在漫漫征程中“一路平安”。再次，“鳳凰”號著陸采用“急剎車”的軟著陸技術，在它進入火星大氣層時，先通過大氣摩擦力和釋放降落傘將其時速從1.9萬公里驟降至200公里，快接近地面時連續(xù)12次點火啟動反推火箭進行制動，將其減速到每小時8.8公里，最終，再靠3條支腳穩(wěn)穩(wěn)落地。這也是32年以來人類又一次在火星實現(xiàn)航天器“軟著陸”，難怪乎“鳳凰”號項目主管說：“即使在夢里，它也不可能如此不偏不倚地著陸，它太完美了?！?/p>

掌控太空聯(lián)絡的無線通信

大家都知道，“鳳凰”號探測器一旦升空著陸火星后它與地面保持聯(lián)絡的唯一手段只能是無線電通信，而這種被人們稱之為宇宙通信的無線通信與我們平時使用的諸如手機等無線通信有所不同。這是因為無線電信號從地球發(fā)射到火星探測器，其能夠接收到的功率僅僅為發(fā)射功率的二千萬分之一，它微弱到只相當于一片雪花落到地面上的能量，甚至連一個耗電極小的發(fā)光指示燈也點不亮。為此，美國宇航局不僅設置了由3處分布于世界偏遠地區(qū)通信站構成的深空通信網(wǎng)，而且在火星軌道上布置了“火星勘測軌道飛行器”和“火星奧德賽”兩顆通信衛(wèi)星，作為“鳳凰”號與地球控制中心保持通信聯(lián)絡的“擺渡船”。

據(jù)介紹，深空通信網(wǎng)一處設在莫哈韋沙漠中的戈爾德斯通(Goldstone)，另一處在西班牙馬德里附近，第三處在澳大利亞堪培拉附近。每一處設施距離人口稠密地區(qū)都很遠，以避免當?shù)責o線電信號干擾來自遙遠航天器發(fā)回的微弱信號。深空網(wǎng)收到信號并增強后，會將它們轉發(fā)到控制中心，經(jīng)處理獲得的照片也會通過互聯(lián)網(wǎng)和電視臺，供世界各地人們欣賞。

專家指出，地面控制中心與“鳳凰”號之間的信號接收和發(fā)送是一個極其復雜的過程，它涉及地面站的巨型天線、傳輸網(wǎng)絡、信號處理中心以及火星通信衛(wèi)星等一系列高新技術裝備。例如，在戈爾德斯通，挨著火星信號接收天線的設施是信號處理中心，諸如微波發(fā)射器、波導管、電腦等成排設備將其塞得滿滿當當，所有來自接收天線的數(shù)據(jù)都在這里進行校準、維護和操作，對“鳳凰”號的各種控制指令也從這里發(fā)送出去。又如，在信號處理中心控制室內，桌上醒目位置上放有為重要人員準備的無線耳機，屆時，他們可一邊在控制室內來回走動，一邊用無線耳機下達各種任務指令。

本領高超的探測裝備

據(jù)美國宇航局披露，長5.5米、寬1.5米的“鳳凰”號從頭到腳全身“披掛”著各式各樣的先進裝備，僅用于專門作業(yè)和科研分析的工具中光儀器就重達55公斤，猶如一個萬能的“百寶箱”。“如果將探測器看作是身體，將各種科學試驗裝備看作是感官，那么運行VxWorks的Rad 6000艙載計算機將是它的大腦。”一位宇航局項目主管如是說。艙載計算機不僅用來指揮諸如自動機械臂、土壤采樣裝置、立體攝影機等各類儀表器件有條不紊地工作，而且還能對探測器的導航軌道修正以及進入、下降和著陸系統(tǒng)進行計算控制，確保探測器在地面人員掌控之中。

“鳳凰”號上的各種探測工具更是令人刮目相看：一條長達2.35米的機械挖掘臂，其由鋁、鈦合金制成的臂膀不僅可以彎曲，其末端的反鏟能垂直向下深挖61厘米處的土壤，另一個馬力強勁的電錘即使是遇到猶如人行道般堅硬的冰層也無妨，而安裝在機械臂末端反鏟上的照相機，則可連續(xù)拍攝土壤及其冰層的特寫圖像；一種被專家稱之為“迷你烤箱”的熱量和釋出氣體分析儀，更能實施就地分析火星冰樣的功能，它通過對土壤樣本加熱，可測得樣本中水蒸汽、二氧化碳及揮發(fā)性有機物變化的數(shù)據(jù)；分析細度可達到一根頭發(fā)千分之一的顯微鏡以及電化學和傳導性分析儀器，可對礦物顆粒樣本進行諸如是否有溶解的鹽分存在、土壤酸堿度等化學特性分析，而位于機械臂上的傳導探測器則可以檢查土壤的熱量及電傳導特性；一個捆綁在“鳳凰”號桅桿上的立體照相機，可用來拍攝著陸點地形的高清晰度、彩色、立體圖像，加上一個搭載火星降落成像儀所拍攝的著陸區(qū)域的地質情況，可為人們提供翔實、準確和全方位的地貌資料。更令人稱奇的是，在“鳳凰”號上居然還裝備有一個由加拿大宇航局提供的微型氣象站，它可以用來監(jiān)測火星大氣層的塵埃、溫度、濕度、風速等變化。

美國宇航局專家說，“鳳凰”號表現(xiàn)非常好，超乎我們的預期，正如它的名字“鳳凰”一樣，寓意“浴火重生”。從最新發(fā)回照片中顯示“鳳凰”號已找到冰層，我們期待，90天后它將揭開人類探索火星的新篇章。