首页  >  兴趣圈  >  你好星空

《寻找外星人》35、美国第一辆火星车旅居者是怎样成功的?

(你好星空) 0:00/0:00
曲目数: 1 | 最新发布时间: 2021-05-13 14:43:15
分享到:
简介:

1989年柏林墙被拆除,象征着苏联社会主义阵营开始解体,标志着美苏两国冷战结束。随之而来的是美国政府在太空任务方面的投入缩减。新上任的美国宇航局局长(Dan Goldin)告诉大家,如果不改革,那么5年后,美国宇航局将不复存在。将来美国宇航局的任务都要完成得更快,更好,更便宜。必须激发出研究团队的技术创新力。

于是有了探路者计划。使得火星在199774日迎来了第一辆能够在火星上成功行驶的车,旅居者号(Sojourner),虽然大小只有微波炉那么大。它是随探路者着陆器(Pathfinder)而来。只花费了1.5亿美元,是之前海盗任务的20%。虽然海盗号着陆器很成功,但那只是对火星的单向探测。而探路者为探测火星开启了新方式,就是双向的。火星车边行走,边传回信息,而后等待地面科学家分析信息,接收指令,再前进。旅居者号创造出用火星车探测火星的新技术和新方式,带来了后续的勇气号、机遇号和好奇号火星车陆续登陆火星,2020年还将发射的火星2020火星车。

要成功降落到火星上,最关键的阶段就是进入(Entry),下降(Decent)和着陆(Landing)。

团队设计了多种方案,不断地建造,实验,损坏,修复。再重新开始。最大的创新就是使用了气囊。

旅居者着陆开始,着陆器以每小时16000英里的速度进入火星大气层,着陆器外面有很好的隔热保护罩,靠与大气摩擦,减速到每小时900英里,然后,降落伞打开,接着保护罩下面打开,弹走,然后放下绳子,气囊充气,几秒中后,着陆器以每小时50英里的速度落到火星表面,被弹起几层楼高,再落回地面,再弹起,几个回合后,着陆器停下来,气囊放掉气,打开,天线竖起,向地面传回信号:着陆器依旧完好! 

但是,在降落到火星上之前,不是所有环节都能进行真实模拟实验,其中就包括降落伞。在地球上无法模拟火星大气,测试降落伞的减速情况。如果降落伞工作正常,那么,接下来的难点是知道在什么时候给气囊充气,在落地前几秒钟气囊必须充好气。开始的设计是绳子底部有传感器,但不起作用,于是加上了雷达,但又出现了新问题,当绳子放下来后,不停地摆动,雷达测出的数据也是变化的。后来,又加上了反向火箭,使速度降得更低。就这样,不断改进,不断加进新的减速手段。最后的难题是充气气囊本身。用当时最强大的计算机,设计气囊,模拟气囊的受力和运动,并模拟降落火星整个环节和过程,发现对有些部分考虑得不够细致,其中就包括充气气囊。设计团队发现,它们对气囊涉及到的物理知识有90%不了解,对降落到火星的探路者有50%不了解。当时技术方面临的最大问题就是控制质量。不是发送多少质量到火星,而是能让多少质量安全降落到火星上。质量越大,惯性越大,降落到火星时,减速就越难。所以,每增加1克,都要仔细斟酌。为了控制质量,团队领导威胁火星车设计人员,谁增加了质量,谁就可能被开除。十分苛刻,十分有挑战性,但是他们做到了。

落到火星上,气囊停止弹跳、滚动后,气囊中的气就被放掉,而后,气囊打开,露出里面的仪器设备。竖起的第一个设备是相机,找到太阳,根据太阳,确定地球的方向,然后将天线对准地球,发回在火星上的拍摄的第一张照片。在地面测试时,除了要控制好火星车自己,还要不断测试太阳、火星、地球的位置。

相机距离火星表面大约1米高。竖起的时间不到1秒钟。相机为火星拍摄广角照片,以火星探路者为中心,拍摄一周,带有23种滤光片,用来分析火星地面物质的组成成分,探测火星大气的性质。

气囊放掉气以后,收缩,着陆器三片像花瓣一样的叶片打开,旅居者号位于一个叶片上。坡道展开,好让旅居者号顺利通过围绕在探路者号周围的气囊,此时,旅居者号从固定平台上脱开,主动轮向后行驶,其他轮子锁住不动,整个车身站立起来,同时车上设备准备好,之后,车就从坡道上开下来。车轮设计得可以跨越障碍,即使比车轮大,比车轮高的石块也能开过去。车开过后,留下很明显的车轮行驶的痕迹。车可以自己判断距离着陆器有多远。

旅居者投入很小,技术创新不是很大,但极具前瞻性,开拓性,成功后,使后续可以做更多更重要的事。喷气推进实验室正在研制的火星直升飞机也是这样的技术。20年后,人们也许谈论更多的是如何用火星气球、火星飞机探测火星。



专辑里的声音
©2011-2021 版权所有:中国数字科技馆
未经书面许可任何人不得复制或镜像
京ICP备11000850号-1 京公网安备11010502039775号
信息网络传播视听节目许可证0111611号
国家科技基础条件平台