“好奇”號(hào)鮮為人知的秘密

楊孝文

美國(guó)航空航天局研制的“好奇”號(hào)火星車是一臺(tái)令人敬畏的科研機(jī)器。現(xiàn)在，很多天文迷都知道這輛火星車裝有用于轟擊巖石的激光器以及17臺(tái)令人吃驚的照相機(jī)。不過(guò)，還有一些秘密恐怕就是很多人不知道的了。以下介紹的便是“好奇”號(hào)一些鮮為人知的秘密。

與參加火人節(jié)的狂熱者相比，“好奇”號(hào)項(xiàng)目組的工程師似乎更喜歡煙火秀。在進(jìn)入火星大氣層并最終著陸的過(guò)程中，“好奇”號(hào)共上演了76場(chǎng)煙火秀，幫助其順利著陸。部分爆破嚴(yán)格進(jìn)行控制，釋放的能量相當(dāng)于點(diǎn)燃一盒火柴，其他爆破的威力相當(dāng)于一個(gè)柱狀炸藥包。

在進(jìn)入火星大氣層前，“好奇”號(hào)在5毫秒內(nèi)上演了10場(chǎng)煙火秀，部分用于釋放微型切刀，切斷連接的繩索，余下的用于分離進(jìn)入艙和巡航段。其他爆破用于釋放鎢材料制造的壓艙物。規(guī)模最大的爆破用于展開(kāi)“好奇”號(hào)的超音速降落傘。即使在著陸之后，“好奇”號(hào)仍進(jìn)行了幾次爆破。工程師需要拆掉“好奇”號(hào)照相機(jī)的鏡頭防塵蓋，將其變成小型煙火裝置。

“好奇”號(hào)的下降段依賴于一體成型。這輛火星車的下降段由三個(gè)大型嵌板構(gòu)成，連接著數(shù)十個(gè)組件，包括燃料箱、繩索支架、通訊線路、航天電子設(shè)備箱以及保護(hù)殼。

“好奇”號(hào)的組裝、測(cè)試、發(fā)射和執(zhí)行火星考察任務(wù)由噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)。實(shí)驗(yàn)室的工程師本杰明·托馬表示，嵌板的制造是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，每個(gè)歷時(shí)11個(gè)月。不過(guò)，這種付出顯然是值得的。由于采用這些嵌板，下降段的質(zhì)量效率更高，結(jié)構(gòu)也更為出色，幫助“好奇”號(hào)以近乎完美的精確度在火星表面著陸。

隨著“好奇”號(hào)即將在火星表面著陸，下降段火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)吸入大量肼燃料。為了幫助發(fā)動(dòng)機(jī)吸入足夠燃料，工程師需要安裝很粗的燃料導(dǎo)管。工程師托馬表示，這些導(dǎo)管尺寸巨大，硬度很高，能夠?yàn)橄陆刀谓M件提供結(jié)構(gòu)支撐。但這也導(dǎo)致了一個(gè)問(wèn)題：下降段部分區(qū)域的震動(dòng)或者移動(dòng)可能導(dǎo)致負(fù)荷穿過(guò)這些導(dǎo)管，而不是本應(yīng)承擔(dān)負(fù)荷的支撐結(jié)構(gòu)。如果管道在降落過(guò)程中發(fā)生彎曲或者破損，整個(gè)任務(wù)將以失敗告終。為了解決這個(gè)問(wèn)題，“好奇”號(hào)項(xiàng)目組工程師為肼燃料輸送管道安裝了巨型吸管形環(huán)結(jié)構(gòu)，防止它們承受太多負(fù)荷。

“好奇”號(hào)的六個(gè)約50厘米的車輪遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)此前的火星車。每一個(gè)車輪由自身的馬達(dá)控制，可以在其他車輪處在適當(dāng)位置的情況下旋轉(zhuǎn)，以便在火星涂層中拖出淺顯的溝渠。“好奇”號(hào)的車輪采用黑色設(shè)計(jì)，看起來(lái)與普通汽車車輪差不多。不過(guò)，它們并非由橡膠制成，這種材料會(huì)在外太空的低溫環(huán)境下破裂，也可能因火星塵埃的侵蝕退化。“好奇”號(hào)的車輪采用陽(yáng)極電鍍鋁制成。這種金屬材料較為柔軟，能夠?yàn)椤昂闷妗碧?hào)提供緩沖。這輛火星車的輪輻采用鈦材料，呈彎曲狀，能夠像彈簧一樣起到吸震作用。

現(xiàn)在，“好奇”號(hào)已正式踏上火星考察之旅，車輪也已經(jīng)走上了工作崗位。在地球上，科學(xué)家曾對(duì)車輪進(jìn)行測(cè)試，“好奇”號(hào)最后安裝的組件便是車輪。工程師之所以如此謹(jǐn)慎，是因?yàn)檐囕唽⑹冀K與火星土層接觸，如果不在最后安裝，車輪很有可能將地球上的細(xì)菌帶到火星。

“好奇”號(hào)車輪一個(gè)最令人吃驚的設(shè)計(jì)是每個(gè)車輪上有三排小孔，形狀為字母J—P—L，代表噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。只要在火星表面上移動(dòng)，這輛火星車便將制造者的名字留在火星的土地上，幫助研究人員統(tǒng)計(jì)“好奇”號(hào)的步幅數(shù)。此前的“機(jī)遇”號(hào)和“勇氣”號(hào)也采用這種設(shè)計(jì)，輪子上有一個(gè)小洞，輪子通過(guò)螺栓與火星車的平臺(tái)連接在一起。“好奇”號(hào)并不需要螺栓將輪子與平臺(tái)連接在一起，因此更加美觀。

很多人注意到“好奇”號(hào)的背部有看上去好似QR碼（QR意為快速反應(yīng)）的圖案。實(shí)際上，它們是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)標(biāo)簽，用于向智能手機(jī)傳輸有關(guān)“好奇”號(hào)任務(wù)的特定信息。這些標(biāo)簽最初并未被定為“好奇”號(hào)項(xiàng)目的一部分，直到這一項(xiàng)目正式啟動(dòng)。照片展示了“好奇”號(hào)的兩個(gè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)標(biāo)簽，位于照片底部。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)標(biāo)簽，位于照片底部。

“好奇”號(hào)的傳動(dòng)裝置允許工程師了解不同組件的移動(dòng)幅度。在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，美國(guó)航空航天局通常喜歡做到“雙保險(xiǎn)”，為此，“好奇”號(hào)安裝了很多小型圓形黑白基準(zhǔn)標(biāo)記，這些小標(biāo)記好似被切成四半的圓。在移動(dòng)前后，“好奇”號(hào)的照相機(jī)會(huì)對(duì)這些小標(biāo)記進(jìn)行拍照。這種方式允許工程師比較“好奇”號(hào)的機(jī)械臂向左移動(dòng)了多大幅度或者順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了多大幅度。通過(guò)這種方式，他們能夠創(chuàng)建一個(gè)有關(guān)“好奇”號(hào)所有移動(dòng)部件的三維數(shù)據(jù)集。工程師本杰明·托馬表示，這些基準(zhǔn)標(biāo)記更多是一個(gè)備用系統(tǒng)。“好奇”號(hào)的傳動(dòng)裝置幫助科學(xué)家了解所有部件的移動(dòng)情況，基準(zhǔn)標(biāo)記則讓他們擁有第二個(gè)選擇。

在“好奇”號(hào)的背部，靠近超高頻天線的位置，我們能夠看到很多名字。在研制“好奇”號(hào)的過(guò)程中，美國(guó)航空航天局通過(guò)網(wǎng)上提交的方式征集了近124萬(wàn)個(gè)名字，另外還挑選了2萬(wàn)個(gè)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室和肯尼迪航天中心訪客的名字。這些名字被蝕刻到電子束顯微鏡的硅芯片上，顯微鏡隨后裝上“好奇”號(hào)。照片展示了刻有上百萬(wàn)名字的硅芯片。一個(gè)微小的黑色裝置從“好奇”號(hào)右后側(cè)伸出，這個(gè)裝置就是“好奇”號(hào)的日晷。日晷是此前的火星任務(wù)——“機(jī)遇”號(hào)和“勇氣”號(hào)的遺產(chǎn)，上面有16種語(yǔ)言寫的“火星”字樣。除了幫助確定時(shí)間外，這個(gè)儀器還可用于校準(zhǔn)“好奇”號(hào)的高分辨率3D彩色桅桿相機(jī)。火星的多塵環(huán)境讓一切景象看起來(lái)都比地球上的紅一些，照相機(jī)需要了解哪些色彩是真實(shí)存在的。此外，日晷上還刻有文字“To Mars，To Explore”，在“好奇”號(hào)“死亡”后充當(dāng)一個(gè)紀(jì)念碑。

幾千年來(lái)，火星一直激發(fā)著人類的想象力。最初，我們將火星視為一顆流浪星，一個(gè)來(lái)自神靈住處的戰(zhàn)爭(zhēng)使者。最近幾個(gè)世紀(jì)，人類借助望遠(yuǎn)鏡改變了對(duì)火星的認(rèn)識(shí)，認(rèn)為火星擁有與地球類似的氣候。進(jìn)入太空時(shí)代之后，我們認(rèn)為火星是一顆與月球類似的星球，表面布滿隕坑。后來(lái)實(shí)施的火星探測(cè)任務(wù)告訴我們，火星一度擁有大量液態(tài)水。這促使我們提出“火星上是否曾存在生命”這樣的疑問(wèn)，“好奇”號(hào)的一個(gè)重大使命就是幫助人類解答這個(gè)問(wèn)題。