美国 “毅力号”太空探索指南：寻找火星潜在的生命迹象

北京时间 7 月 30 日 19 点 50 分，美国宇航局将发射 “毅力号”火星探测器，这无疑是人类探索火星一个激动人心的新时刻！以下是关于毅力号探测器的详细档案，以及为什么它是迄今为止在火星探索生命迹象的最佳选择。

假设一切顺利，毅力号探测器将于 2021 年 2 月着陆火星表面，它将是第 5 个登陆火星表面的探测器，之前的探测器包括：旅居者号、勇气号、机遇号和好奇号。毅力号是美国宇航局迄今最先进的火星探测车，但客观地讲，它很大程度上是仿照 “好奇号”设计建造的，好奇号自 2011 年开始在火星表面行驶。

火星 2020 项目科学家、地球化学家肯尼斯 · 法利称，毅力号相当于 2.0 版好奇号火星车。

毅力号探测器计划于北京时间 7 月 30 日 19 点 50 分从卡纳维拉尔角空军基地由 “阿特拉斯 5 号”火箭携载发射，尽管当前新冠病毒在全球肆虐，美国宇航局还是坚持按照原计划发射火星 2020 任务，考虑到当前处于有限的发射窗口时机，非常有利于火箭发射任务，地球 - 火星发射最佳时间窗口每隔 26 个月才出现一次。

接下来毅力号将经历 7 个月的火星旅行，最终着陆在杰泽罗陨坑，这里曾是一个远古湖泊和河流三角洲地带，斥资 27 亿美元建造的毅力号探测器将用两年时间搜寻远古微生物迹象，分析火星地质和气候，研究岩石和沉积物。同时，毅力号还将发射一架微型直升机，验证未来任务的科学技术，采集样本返回地球，并执行其他太空任务。

像之前的火星探测车一样，由喷气推进实验室操控的毅力号计划在火星表面服役两年以上时间。

毅力号与好奇号大小相近，长度 3 米，宽度 2.7 米，高度 2.2 米，重量 1025 公斤，比好奇号重 126 公斤。在动力方面，毅力号探测器装配一个 “多任务放射性同位素热电发电机（MMRTG）”，它能从钚 - 238 自然衰变中产生热电能量。

好奇号和勘测号探测器的车轮进行对比。

同时，毅力号装配 6 个轮子，每个轮子上都有单独的马达和 48 个楔子，可以提供较好的牵引力。前后两对轮子都有单独的转向马达，使得毅力号在原地不动的情况下能转动 360 度。依据美国宇航局的观点，该探测器的腿部能确保它在 40 厘米高的岩石上攀爬行驶。

火星 2020 项目科学家、天体物理学家 Morten Bo Madsen 称，毅力号一个看似小、却是重要变化的设计就是轮子结构，这将避免出现好奇号在穿越锋利岩石地带时被 “刺穿”。最新设计的轮子宽度略窄，轮轴较厚，更加坚固。

法利说：“毅力号任务还包括一个额外的处理器，使该探测器能自动驾驶更远、行驶更快，并能在着陆过程中自动导航实现安全着陆。”

自动导航安全着陆的能力非常重要，这意味着美国宇航局掌握最新技术，能控制探测器安全着陆岩石裸露区域。毅力号将着陆在邻近令人兴奋的科学勘测目标附近，而不是着陆后长途旅行抵达勘测目标区域。

毅力号将比 “前任”探测器更加高效！

火星 2020 项目科学家、奥斯陆大学研究员斯韦恩 · 埃里克 · 哈姆兰指出，在火星表面采集样本，并在火星车内部进行分析需要大量时间，毅力号装配遥感仪和近距测量仪，可以加快仪器数据收集速度，同时，它将比之前的任何探测器覆盖更广泛的地形。

在最高速度下，毅力号有望达到每秒 4.2 米的速度，这相当于时速 152 米。美国宇航局指出，依据地球飞行器的标准，毅力号探测器的行驶速度很慢，但以火星车的标准来衡量，它算是杰出的佼佼者。

毅力号的悬架系统叫做 “摇杆转向系统”，将确保它能穿越不平坦的地形。令人难以置信的是，该探测器可以倾斜 45 度，而不会摔倒，但美国宇航局不打算让它倾斜超过 30 度。

火星 2020 任务共装配了 23 个不同的相机，其中包括：9 个工程相机、7 个科学相机、以及 7 个用于任务进入、降落和着陆阶段使用的相机，此外，还有一对麦克风，该任务还有令人印象深刻的 “眼睛”和 “耳朵”装置。

Z 型桅杆相机将拍摄火星全景、立体和放大图像，它将协助探测器进行地形导航，还可用于勘测火星表面矿物质成分。据美国宇航局介绍称，毅力号探测器的超级相机不仅能正常拍照，还可用于识别岩石和土壤的化学成分，包括它们的原子和分子组成。

该探测器还机载 X 射线荧光光谱仪（PIXL），将在精细尺度上分析化学元素，机载的紫外线激光光谱仪（SHERLOC）将提供火星表面的显微图像。

使用火星环境动力学分析器（MEDA），毅力号将测量风速、风向、气压、湿度和尘埃颗粒大小。该探测器还机载 X 射线荧光光谱仪（PIXL），将在精细尺度上分析化学元素，机载的紫外线激光光谱仪（SHERLOC）将提供火星表面的显微图像。RIMFAX 是一款能穿透火星表面的雷达装置，可使科学家分析火星探测器下方区域，研究它的地质构成。

哈姆兰说：“这是首次火星探测器能够勘测火星地下环境，火星表面被一层灰尘覆盖，现在我们可以看到表面之下究竟有什么？”

毅力号还将部署一架名为 Ingenuity 的直升机，它将是人类在地外星球上首架操控飞机，该直升机是一种概念验证项目，预计仅会进行少量的短期飞行测试。然而，如果一切顺利，Ingenuity 直升机可能为未来火星航空项目铺平道路。

作为 “火星氧气 ISRU 实验（MOXIE）”的一部分，毅力号还将利用火星大气层！

二氧化碳制造氧气，该实验的成功对未来火星探险者是一个好兆头，有望为宇航员提供氧气资源。近期，美国宇航局新闻发布会宣称，MOXIE 是一种氧气发生器，旨在将火星大气中 96% 的二氧化碳转化为供人类呼吸的氧气，未来该项技术将不断升级，制造出更大、更高效的氧气发生器，使宇航员能自己制造氧气进行呼吸，并将氧气作为火箭燃料，从火星返回地球。

毅力号将在杰泽罗陨坑内采集岩石和土壤样本，将它们放在几个小容器中，并将它们投放在火星表面，便于未来火星任务携带至地球。

火星 2020 任务最有趣、最有科学前景的一个方面是样本缓存系统（SCS），作为该任务的一部分，毅力号将在杰泽罗陨坑内采集岩石和土壤样本，将它们放在几个小容器中，并将它们投放在火星表面，便于未来火星任务携带至地球。

法利说：“返回地球的火星样本将具有多样性研究主题，它将揭示远古火星存在生命的可能性，早期火星令人费解的是温暖湿润气候，以及这颗类地行星的地质化学进化历程，对我而言，火星是一颗神秘的星球，35 亿年以来它的变化很小，地面实验室通过分析火星样本或将解开其中的谜团。”

Morten Bo Madsen 解释称，地球最早期生命痕迹似乎已被地质过程和生命扩散等因素逐渐抹去，但是火星却完全不同，我对潜在生命痕迹的火星样本非常感兴趣，这些生命或许比地球已知任何生命更古老、更原始，可能解答在环境允许的情况下生命形式将如何进化繁衍。

样本缓存系统是毅力号探测器的一个关键目标，这就是为什么探测器携载的仪器是面向勘测侦察。

不像好奇号拥有一个内置 “科学实验室”，毅力号装配一个 “复杂样本采集和处理系统”，选择钻芯样本可以放在合适的容器中，并对随后密封容器进行拍照，放置在火星表面，之后通过探测器进行收集。

毅力号探测器着陆的杰泽罗陨坑是一个完美的勘测地点，它位于火星赤道北部，直径大约 48 公里的洼地可能曾存在一处湖泊，由一处急湍的河流三角洲不断冲刷。如果几十亿年前火星表面存在原始生命，它们很可能生活在这里。因此毅力号将致力于寻找 30-40 亿年前有机残留物化石和其他潜在的生物特征。

无论如此，如果 7 月 30 日发射一切顺利，我们只有等到 2021 年 2 月才能体验进入大气层的 “恐怖 7 分钟”，毅力号成功着陆后，也仅代表着该任务才刚开始，未来火星探索旅行还很遥远。