“駕駛”好奇號探索火星

在地球上，斯科特開一輛紅色豐田，并不算十分“拉風”。但在火星上，他“駕駛”的另一輛車由核動力推進，價值26億美元，有個響當當的名字——“好奇號”火星探測車。

在NASA(美國航空航天局）的好奇號任務中，斯科特·麥斯威爾（Scott Maxwell）負責從地面控制室操控火星漫游車，說起來他可算是“好奇號”的“司機”。盡管有過“駕駛”“勇氣號”和“機遇號”的成功經驗，但是“好奇號”這個更大、更精密的火星漫步車仍是一大挑戰。在接下來的90天內，他將與另外12位同事一起“開”著它探索火星。

從“北卡”鄉下走進NASA

斯科特出生在北卡羅來納州較貧窮的地區。父母在他七歲時離婚了，母親搬去了佛羅里達居住，父親繼續從事鐵路機械工作。此后，他就不斷往返于這兩個州，直到上了大學。

看得出，斯科特的家庭背景與航天不沾邊。比較起來，他的女友、“好奇號”的任務專家金·里奇騰柏可說是在NASA長大的。她的父親拜倫·利希滕貝格是宇航員兼航空工程師。

女友對斯科特的第一印象是：他看起來比我小太多了。實際上，他比她大6歲。今年41歲的斯科特略帶孩子氣的表情、身材單薄，使他看起來有點像《生活大爆炸》里的“謝耳朵”。當然，斯科特沒那么古怪。

在幼年時，斯科特的偶像是卡爾·薩根，他主持的太空節目《宇宙》很受歡迎。直到今天，斯科特還記得，有一期科學家討論火星會是什么樣子，并提出了火星車的原型，盡管那時這還是遙遠的設想。

幼年時對外太空的狂熱過去之后，其實他一度打算從事“大眾”職業，比如銀行工作，因為他覺得自己與航空之間距離太遠了，“有堵看不見的墻”。直到他取得了計算機科學碩士學位并被NASA聘用，他才意識到“這堵墻”不存在了。

與癌癥的斗爭

現在看來，斯科特的生活很如意，不過他并不總是這么幸運。20歲的他還在東卡羅萊納大學進修英文與計算機雙學位的時候，他發現自己淋巴腺日益腫大。就診后，醫生告訴他，這是第二期霍奇金淋巴癌的表現癥狀。那時，癌細胞已擴散到他的脖子和胸腔。隨后，他進行了9個星期的放射線治療，癌細胞被消滅了。

也就是在治療成功后的幾天，斯科特前往伊利諾大學香檳分校攻讀碩士學位。一度，他很擔心自己無力支付求學費用。不過，他很快找到了在美國陸軍研發機構做兼職工作的機會，憑著這份工作，他畢業時還清了所有教育貸款。

本來按照最初的計劃，斯科特將在伊利諾大學繼續攻讀博士學位，不過曾經癌癥的經歷改變了他的想法。“我想離開學校象牙塔，去為人們制造些實用的東西”，他如是說。

幾乎同時，1993年的秋天，NASA噴射推進實驗室（JPL）來大學招募新成員。科斯特還記得面試中自己的表現，“我告訴他們我是如何被NASA的旅行者號所吸引，旅行者號的‘姊妹’探測儀帶回的木星圖片是何等震撼”。可能正是因為飽含激情，他通過了面試，并于次年初進入了JPL，從此開始了實現兒時夢想之路。

與火星的不解之緣

盡管已經進入NASA18年了，斯科特有時還會覺得，“難以相信我在一個叫‘航天器組裝工廠’的地方工作”。剛來這里的時候，他覺得就像到了國外一樣，同事隨口說出的首字母簡稱他都不明白。“適應這里的文化環境很重要。現在，我也能一句話里用10個簡稱了。”

最初，他的工作是對航天器的數據進行軟件編譯。同時，他還編程以幫助分散在各地的工作組完成航天器的統一性指令。到了90年代中期，斯科特被問到“是否愿意加入一項名為‘火星探路者’的任務。那時，他完全不知道這是什么任務，也不知道這將是NASA第一次把不受限制的自動裝置放在其他星體上。“我只知道這很酷。人類可以做一個機器身體來代替自身脆弱的血肉之軀，來完成探索火星的目的。”

雖然最終他還是錯過了“火星探路者”，但很快機會又來了。1999年，他被請求加入下一次火星計劃。“在對方話還沒說完的時候，我幾乎就忍不住大喊‘是的，我愿意’。”

在任務中，斯科特的主要工作不僅是編寫軟件供火星漫游車使用，還要利用軟件對漫游車發布指令，最終“駕駛”它。在“好奇號”之前，他已經“駕駛”過“精神號”和“機會號”，它們在2003年的夏天降落在火星上。

超遠距離“駕駛”漫游車

你可能認為“開”漫游車就像在虛擬界面用操縱桿開車一樣。其實，它與這種計算機游戲的操作形式完全不同。原因在于，信號從地球傳到火星至少需要4分鐘，（可能會延長到20分鐘，取決于行星軌道的位置），然后再花相同的時間把確認數據傳回。

所以，開火星車不是“發送一條指令讓‘車’前進，再花幾分鐘等待確認回復，然后再發下一條指令”。相反的，“司機”需要今天寫下指令來控制火星車明天的行動，甚至好幾天之后的行動。

通常，斯科特和同事們在火星時間的晚上編寫程序并傳送出去，這樣在漫游車看到日出時就能收到“任務通知”。“這就像我們給漫游車發了一封郵件，其中寫滿了一整天要完成的工作。在火星白天結束后，漫游車把信息傳回來，告訴我們它都做了什么。到了火星的晚上，它就可以‘睡覺’了。”

太空間傳遞信號有一點讓斯科特覺得有些“別扭”：火星一天比地球長40分鐘。“這也就是說星期一我早8點開始工作，星期二8:40開始，到了星期三就是9:20。考慮到這次‘好奇號’要持續工作90天，不久我就要熬夜工作了”。

對“好奇號”情有獨鐘

雖然早已成功“駕駛”了“勇氣號”和“機遇號”，“好奇號”對斯科特而言卻有重要的意義。他與女友金正是因“好奇號”而結緣的。在那之前，他們在NASA的電話會議上聽過彼此的聲音，但一直無從見面。直到“勇氣號”和“機遇號”五周年紀念日的時候，金拜訪了JPL。當時，他們感覺很好，斯科特用了幾天時間鼓足勇氣向金提出約會，而金同意了。

隨后，金在“好奇號”任務中擔任科學計劃聯合負責人的職務。她幫助其他科學家確定每一天將對“好奇號”進行何種改進、“好奇號”需要多少能量、多少數據要求被掌握等等。無疑，在工作中他們的關系更近了一步。

作為他們共同的成果，斯科特和金對“好奇號”情有獨鐘。在“好奇號”出發前，兩人一起共進晚餐，稱“好奇號”登陸火星就像嬰兒出生。雖然兩人還沒有孩子，但金表示，“我們都將是‘好奇號’這個新生兒的父母”，而斯科特則說，“我們不僅要看著它成功降生，還要看著它邁出第一步”。

不過，由于“好奇號”過于龐大，它的登陸頗為困難，要經歷“恐怖7分鐘”。這時，斯科特和金就像焦慮的父母一樣目睹了“好奇號”的“出生”過程。所幸，它成功了。在今后的3個月中，斯科特還將目睹其“成長”。在他看來，“駕駛”火星車是全世界最酷的工作。（本文摘編自《美國有線電視新聞網》）

拿起“放大鏡”看好奇號

8 月 6 日，經過八個月的飛行，“好奇號”終于登陸火星，它將在那里待一年的時間，采集火星土壤樣本和巖心，對火星過去和現在的有機化合物和環境條件進行分析。

到底“好奇號”是一個怎樣的火星探測車呢？ExtremeTech（知名科技網站）帶來了一篇詳細解析：

“好奇號”長寬高為“3 x 2.8 x 2.1”米，重量 899 千克，對于火星探測車而言，它的身材可謂“重量級選手”。之前在火星上傳回大量圖片的“勇氣號”和“機遇號”，其長寬高為“1.6 x 2.3 x 1.5”米，重量僅為 180 千克。

不僅如此，“好奇號”的計算能力也得到了提高。它采用英國BAE系統公司所生產的單板計算機RAD750。所謂單板計算機，就是在一個主板上構建一臺功能完整的計算機，具備CPU、RAM、輸入/輸出等功能。RAD750所搭載的CPU運行頻率為200 MHz；內存大小為256MB，還搭載了容量為2GB的閃存。

RAD750 所搭載的CPU型號是IBM PowerPC 750，蘋果曾經在不同的電腦產品上采用這款 CPU，包括 PowerBook G3、iMac G3、Power Macintosh G3，運行頻率 233 MHz到 700 MHz（兆赫）之間，也就是說“好奇號”的性能與一臺iMac G3差不多。

看上去RAD750性能不高，但對于歷代火星探測車所搭載的單板計算機而言，它的性能已經相當不錯——“勇氣號”和“機遇號”所采用的RAD6000，CPU運行頻率僅為20 MHz，執行性能為35 MIPS（每秒百萬指令，數值越高越好），而BAD750 的執行性能可以達到400 MIPS。

“好奇號”所采用的操作系統是VxWorks，一個已經有 27 年歷史，久經考驗的嵌入式操作系統。它由Wind River Systems開發，被大量部署于嵌入式設備中，包括汽車品牌寶馬的智能駕駛控制系統 iDrive，“長弓”阿帕奇（武裝直升機），以及蘋果的WiFi基站Apple Airport Extreme等等。第一臺火星探測車“索杰納（Sojourner）號”以及之后的“勇氣號”、“機遇號”，也采用了 VxWorks 操作系統，NASA 的選擇不令人意外。

為完成科學探索任務，“好奇號”身上裝有 10 臺科學儀器以及 17 部相機，每部相機都配備 1600 x 1200（200萬像素）的CCD傳感器，Mastcam是其中一部相機。它由兩個并排的相機組成，能拍攝高分辨率真彩色照片、以10 fps（幀速率）的速率拍攝720p高清視頻——我們可以更好地領略火星風光。

而對于科學任務而言，ChemCam激光分解光譜儀更為重要，它將發射激光轟擊在巖石的表面上，將少量巖石蒸發成氣態物質，然后通過光譜分析儀捕捉和分析氣態物質所發出的閃光，從而檢測火星巖石的成分。ChemCam最大“作戰半徑”為25英尺（約為8米）。

從火星發送信號到地球，耗時14分6秒。“好奇號”可以直接與地球通訊，也可以與火星勘測軌道飛行器以及“奧德賽號”通訊，通過它們將資料發回地球，因為后兩者擁有功率更強、體積也更大的天線。反應在通訊速度上，“好奇號”與地球直接通訊時，速率為 32 kbit/s，而通過火星勘測軌道飛行器或“奧德賽號”與地球通訊時，速率可分別達到 2Mbit/s 和 256 kbit/s。

“好奇號”的動力來自一臺多任務放射性同位素熱電發生器（MMRTG），它實質上是一塊核電池，裝填钚-238二氧化物的熱源，以及一組固體電偶，將钚-238產生的熱能轉化為電力。MMRTG 由美國能源部提供，額定功率為125瓦，14年后運行功率將降為100瓦。

“好奇號”登陸火星之際，35年前就飛上太空踏上漫漫征程的“旅行者號”目前接近太陽系的邊疆，這些年它一共走過178億公里，而且還能夠持續工作到 2020 年。火星與太空，都是人類探索欲望的體現，正因為我們具備如此旺盛的好奇心，我們的科學、經濟、社會才會一直穩步向前，不斷克服難關。

我還發現一件有趣的事，“好奇號”和蘋果都選擇了PowerPC 750和VxWorks作為自家產品的基礎硬件與操作系統，歷史真是充滿巧合。

（本文摘編自ifanr.com）

如何控制“好奇號”的探測活動？

“好奇號”在火星表面著陸以后，立即進入了執行火星探測任務的階段，其探測過程是如何被控制的呢？

我國繞月探測工程首席科學家、中國科學院院士歐陽自遠在接受記者采訪時表示，“好奇號”的探測活動主要根據地面控制和自動執行程序指令來實現。在建造時，“好奇號”被科研人員安裝了一些遠程計算機控制程序和軟件，這樣，盡管“好奇號”遠在火星，但是地球上的研究人員只要在研究室中操作計算機，就能夠對“好奇號”實施控制。另外，由于自動執行程序的存在，在火星上，“好奇號”也可以自主執行一些程序命令，例如在火星表面的自主導航、爬坡、下坡、避免障礙物、分析火星表面的粘土及礦物成分以及拍攝照片以后回傳照片等，它就可以根據具體情況進行一些相應程序的操作，而不需要等待來自地球的指令，從而完成相應的一些任務。