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好奇号鲜为人知的秘密:装有日冕爱玩烟火 阅读(674 评论(0)
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opiuy  2012/8/27 11:05:44 回复

据美国《连线》杂志27日报道,美国宇航局的“好奇”号火星车是一台令人敬畏的科研机器。很多天文迷都知道这辆火星车装有用于轰击岩石的激光器以及17台令人吃惊的照相机。不过,还有一些秘密恐怕就是很多人不知道的了。以下介绍的是“好奇”号一些鲜为人知的秘密,其中包括帮助它在火星表面完美着陆以及进行日常样本收集工作的功能。通过对样本进行分析,“好奇”号有望确定过去的火星是否也是一个有水世界以及能否支持生命存在。

烟火秀
烟火秀

与参加火人节的狂热者相比,“好奇”号项目组的工程师似乎更喜欢烟火秀(爆破)。在进入火星大气层,降落和最终着陆过程中,“好奇”号共上演了76场烟火秀,帮助其顺利着陆。部分爆破严格进行控制,释放的能量相当于点燃一盒火柴,其他爆破的威力相当于一个柱状炸药包。

在进入火星大气层前,“好奇”号在5毫秒内上演了10场烟火秀,部分用于释放微型切刀,切断连接的绳索,余下的用于分离进入舱和巡航段。其他爆破用于释放钨材料制造的压舱物(火星侦察轨道器后来拍到压舱物的照片)。规模最大的爆破用于展开“好奇”号的超音速降落伞。“好奇”号的降落伞是所有用于行星际任务的降落伞中尺寸最大的。即使在着陆之后,“好奇”号仍进行了几次爆破。工程师需要拆掉“好奇”号照相机的镜头防尘盖,将其变成小型烟火装置。

“好奇”号的下降段与MacBook Pro类似
“好奇”号的下降段与MacBook Pro类似

“好奇”号的下降段为何与MacBook Pro类似?答案是都依赖于一体成型。这辆火星车的下降段由3个大型嵌板构成,连接着数十个组件,包括燃料箱、绳索支架、通讯线路、航天电子设备箱以及保护壳。在制造这些嵌板时,工程师并未采用使用螺栓将多个小块连接在一起的方式,这种方式更容易裂开,每个嵌板都由一块铝板制成。

“好奇”号的组装、测试、发射和执行火星考察任务由喷气推进实验室负责。实验室的工程师本杰明-托马表示,嵌板的制造是一个非常复杂的过程,每个历时11个月。不过,这种付出显然是值得的。由于采用这些嵌板,下降段的质量效率更高,结构也更为出色,帮助“好奇”号以近乎完美的精确度在火星表面着陆。

包裹在下降段中的“好奇”号火星车
包裹在下降段中的“好奇”号火星车

随着“好奇”号即将在火星表面着陆,下降段火箭的发动机吸入大量肼燃料。为了帮助发动机吸入足够燃料,工程师需要安装很粗的燃料导管。工程师托马表示这些导管尺寸巨大,硬度很高,能够为下降段组件提供结构支撑。但这也导致了一个问题,下降段部分区域的震动或者移动可能导致负荷穿过这些导管,而不是本应承担负荷的支撑结构。如果管道在降落过程中发生弯曲或者破损,整个任务将以失败告终。为了解决这个问题,“好奇”号项目组工程师为肼燃料输送管道安装巨型吸管型环结构,防止它们承受太多负荷。

好奇号的车轮
好奇号的车轮

“好奇”号的6个20英寸(约合50厘米)车轮尺寸远远超过此前的火星车。每一个车轮由自身的马达控制,可以在其他车轮处在适当位置的情况下旋转,以便在火星涂层中拖出浅显的沟渠。“好奇”号的车轮采用黑色设计,看起来与普通汽车车轮差不多。不过,它们并非由橡胶制成,这种材料会在外太空的低温环境下破裂,也可能因火星尘埃的侵蚀退化。“好奇”号的车轮采用阳极电镀铝制成。这种金属材料较为柔软,能够为“好奇”号提供缓冲。这辆火星车的轮辐采用钛材料,呈弯曲状,能够像弹簧一样起到吸震作用。

很快,“好奇”号便将正式踏上火星考察之旅,车轮也将第一次走上工作岗位。在地球上,科学家曾对车轮进行测试,“好奇”号最后安装的组件便是车轮。工程师之所以如此谨慎是因为车轮将始终与火星土层接触,如果不在最后安装,车轮很有可能将地球上的细菌带到火星。

“好奇”号车轮一个最令人吃惊的设计是每个车轮上有3排小孔,形状为字母J-P-L,代表喷气推进实验室
“好奇”号车轮一个最令人吃惊的设计是每个车轮上有3排小孔,形状为字母J-P-L,代表喷气推进实验室

“好奇”号车轮一个最令人吃惊的设计是每个车轮上有3排小孔,形状为字母J-P-L,代表喷气推进实验室。只要在火星表面上移动,这辆火星车便将制造者的名字留在火星的土地上。实际上,这种印记也有实际用途,帮助研究人员统计“好奇”号的步幅数。此前的“机遇”号和“勇气”号率先采用这种设计,轮子上有一个小洞,轮子通过螺栓与火星车的平台连接在一起。在对它们留下的独特车辙进行分析时,科学家意识到这个小洞的作用。“好奇”号并不需要螺栓将轮子与平台连接在一起,因此更加美观。

“好奇”号的背部有看上去好似QR码(QR意为快速反应)的图案,实际上它们是增强现实(AR)标签
“好奇”号的背部有看上去好似QR码(QR意为快速反应)的图案,实际上它们是增强现实(AR)标签

很多人注意到“好奇”号的背部有看上去好似QR码(QR意为快速反应)的图案。实际上,它们是增强现实(AR)标签,用于向智能手机传输有关“好奇”号任务的特定信息。这些标签最初并未被定为“好奇”号项目的一部分,直到这一项目正式启动。迄今为止,美国宇航局公布的有关增强现实标签的信息少得可怜,只表示这些标签允许公众在他们的网站上获得引人注目的发现体验。照片展示了“好奇”的两个增强现实标签,位于照片底部。

“好奇”号的传动装置允许工程师了解不同组件的移动幅度
“好奇”号的传动装置允许工程师了解不同组件的移动幅度

“好奇”号的传动装置允许工程师了解不同组件的移动幅度。在进行测量时,宇航局通常喜欢做到“双保险”,为此,“好奇”号安装了很多小型圆形黑白基准标记。这些小标记好似被切成四半的圆。在移动前后,“好奇”号的照相机会对这些小标记进行拍照。这种方式允许工程师比较“好奇”号的机械臂向左移动了多大幅度或者顺时针旋转了多大幅度。通过这种方式,他们能够创建一个有关“好奇”号所有移动部件的3D数据集。工程师本杰明-托马表示这些基准标记更多的是一个备用系统。“好奇”的传动装置帮助科学家了解所有部件的移动情况,基准标记则让他们拥有第二个选择。照片在地球上进行测试时拍摄,展示了“好奇”号上的很多小圆形黑白色基准标记。

 在“好奇”号的背部,靠近超高频天线的位置,能够看到很多名字
在“好奇”号的背部,靠近超高频天线的位置,能够看到很多名字,
这些名字被蚀刻到电子束显微镜的硅芯片上

在“好奇”号的背部,靠近超高频天线的位置,我们能够看到很多名字。在研制“好奇”号过程中,宇航局通过网上提交的方式征集了近124万个名字,另外还挑选了2万个喷气推进实验室和肯尼迪航天中心访客的名字,这些名字被蚀刻到电子束显微镜的硅芯片上,显微镜随后装上“好奇”号。宇航局表示这些名字带着地球人的希望和期盼登上火星。照片展示了刻有上百万名字的硅芯片。

“好奇”号日晷上的影子移动“好奇”号日晷上的影子移动

一段8分钟的延时视频,展示了“好奇”号日晷上的影子移动。一个微小的黑色球形捏手形装置从“好奇”号右后侧伸出,这个装置就是“好奇”号的日晷。日晷是此前的火星任务——“机遇”号和“勇气”号的遗产,上面有16种语言写的“火星”字样。除了帮助确定时间外,这个仪器还可用于校准“好奇”号的高分辨率3D彩色桅杆相机。火星的多尘环境让一切景象看起来都比地球上的红一些,照相机需要了解哪些色彩是真实存在的。日冕上的红色、蓝色、黄色和绿色带帮助照相机判断周围的色彩。此外,日冕上还刻有文字“To Mars,To Explore”(意为探索火星),在“好奇”号“死亡”后充当一个纪念碑。

几千年来,火星一直激发着人类的想象力。最初,我们将火星视为一颗流浪星,一个来自神灵住处的战争使者。最近几个世纪,人类借助望远镜改变了对火星的认识,认为火星拥有与地球类似的气候。进入太空时代之后,我们认为火星是一颗与月球类似的星球,表面布满陨坑。后来实施的火星探测任务告诉我们,火星一度拥有大量液态水。这促使我们提出“火星上是否曾存在生命?”这样的疑问。“好奇”号的一个重大使命就是帮助人类解答这个问题。