NASA準(zhǔn)備發(fā)射火星登陸器,6個(gè)月太空巡航之旅充滿危機(jī)
據(jù)大西洋月刊報(bào)道,2012年,美國(guó)宇航局(NASA)“好奇號(hào)”探測(cè)器從火星大氣層頂部降落到表面時(shí)共用去7分鐘,它的速度從每小時(shí)近2萬公里降至零。而好奇號(hào)發(fā)出的信號(hào)到達(dá)地球的時(shí)間需要14分鐘。隨著時(shí)間流逝,美國(guó)宇航局的科學(xué)家和工程師們屏住呼吸,等待著好奇號(hào)的最終命運(yùn)到來。
今年,美國(guó)宇航局將在11月份執(zhí)行最新的火星任務(wù),屆時(shí)將再次經(jīng)歷類似的“七分鐘恐怖煎熬”。但與好奇號(hào)探測(cè)器不同的是,“洞察號(hào)”(InSight,利用地震調(diào)查、大地測(cè)量和熱傳輸進(jìn)行內(nèi)部勘探的縮寫)登陸器將在火星表面的某個(gè)地方度過其終生,在土壤中挖洞以研究行星內(nèi)部的特性。
如果天氣允許的話,洞察號(hào)將于近期在加州發(fā)射。目前,負(fù)責(zé)監(jiān)督范登堡空軍基地發(fā)射任務(wù)的美國(guó)空軍部門氣象學(xué)家預(yù)測(cè),發(fā)射當(dāng)天遇到好天氣的概率只有20%。洞察號(hào)的發(fā)射窗口直到6月8日,這段時(shí)間地球和火星開始排成直線,有利于其進(jìn)行快速而直接的旅程。
但在經(jīng)歷另一場(chǎng)可怕的下降之前,美國(guó)宇航局必須經(jīng)歷六個(gè)月的等待。在漫長(zhǎng)的太空巡航中,洞察號(hào)的科學(xué)家、工程師以及其他負(fù)責(zé)實(shí)際操作、測(cè)試命令序列的工作人員,都需要保持巨大的耐心。旅程開始的時(shí)候,人們對(duì)洞察號(hào)成功脫離地球引力進(jìn)入太空兒感到如釋重負(fù)。
當(dāng)洞察號(hào)到達(dá)發(fā)射臺(tái)的時(shí)候,幾乎所有的零部件都都已經(jīng)經(jīng)過了各種測(cè)試,包括低溫、猛烈搖晃以及巨大噪音折磨。雖然洞察號(hào)是由重金屬拼合而成的,但它也包含了研發(fā)人員的血汗和眼淚。美國(guó)宇航局科學(xué)任務(wù)理事會(huì)的次席技術(shù)專家弗羅倫斯·譚(Florence Tan)說“當(dāng)洞察號(hào)最終進(jìn)入太空時(shí),你終于松了口氣。”
弗羅倫斯是好奇號(hào)探測(cè)器樣品分析單元的首席電氣工程師。她還參與了去年墜入土星的“卡西尼號(hào)”(Cassini)任務(wù),這個(gè)探測(cè)器花了7年時(shí)間才到達(dá)目的地。弗羅倫斯表示:“你對(duì)此無能為力,而且你也不能帶什么東西回來。”
在發(fā)射后的幾天內(nèi),洞察號(hào)團(tuán)隊(duì)必須對(duì)探測(cè)器的硬件進(jìn)行檢查,以確保它能經(jīng)受住發(fā)射的壓力。他們會(huì)做更多的檢查,監(jiān)測(cè)儀器和各種系統(tǒng)的健康狀況。大部分巡航都是一次巨大的彩排,員工經(jīng)受了一連串的操作準(zhǔn)備測(cè)試。他們進(jìn)行操作、數(shù)據(jù)收集和分析練習(xí),為探測(cè)器將來到達(dá)火星做好準(zhǔn)備。他們模擬從設(shè)備部署到規(guī)劃等所有過程,測(cè)試如何以及何時(shí)發(fā)送指令,以確保某個(gè)團(tuán)隊(duì)的操作不會(huì)干擾其他團(tuán)隊(duì)的任務(wù)。
在好奇號(hào)為期9個(gè)月的太空巡航中,美國(guó)宇航局在新墨西哥州的沙漠上部署了一個(gè)仿造探測(cè)車,讓科學(xué)家和工程師們回到實(shí)驗(yàn)室利用其練手。他們會(huì)研究地貌照片,并計(jì)劃探測(cè)車的路徑,以及在哪里鉆探土壤樣本等。弗羅倫斯說:“當(dāng)探測(cè)器終于到達(dá)火星的時(shí)候,我們不必再覺得手足無措。”
然而,這個(gè)過程并不容易。好奇號(hào)樣本分析單元的首席研究員保羅·馬哈菲(Paul Mahaffy)說:“設(shè)定這些測(cè)試的人會(huì)拋出幾個(gè)小故障,看看如果出現(xiàn)問題我們會(huì)如何應(yīng)對(duì)。”同時(shí),他們也會(huì)定期檢查探測(cè)器以評(píng)估儀器和各種系統(tǒng)的健康狀況。這是十分罕見的,但災(zāi)難也可能在巡航階段發(fā)生。
2002年,一個(gè)被派去研究太陽系內(nèi)部?jī)深w彗星的探測(cè)器在發(fā)射后僅6周就解體了。當(dāng)時(shí)Contour(COmet Nucleus TOUR)發(fā)動(dòng)引擎,使其脫離地球軌道并接近目標(biāo),但最終由于過熱而分裂成碎片。幫助建立Contour的弗羅倫斯說,它不合時(shí)宜的解體讓人感到震驚。洞察號(hào)將在前往火星的途中接受類似的修正。這個(gè)登陸器兩側(cè)有細(xì)長(zhǎng)的腿和圓形的太陽能板,看上去就像蚊子。它將比以往的任務(wù)更深入,此前主要涉及調(diào)查火星表面,如峽谷、巖石和土壤,洞察號(hào)則要研究行星的內(nèi)部,包括地殼、地幔和地核等。
著陸后,洞察號(hào)近2米長(zhǎng)的手臂將提取兩種儀器,并將它們放在前面的表面上。地震檢波器會(huì)追蹤地震,而在火星上顯然稱其為火震更加合適。科學(xué)家認(rèn)為,隕石撞擊地表或地表下的構(gòu)造活動(dòng)可以產(chǎn)生地震。“熱探測(cè)器”將測(cè)量火星的內(nèi)部溫度。在洞察號(hào)上,兩個(gè)無線電天線將跟蹤火星圍繞太陽旋轉(zhuǎn)時(shí)的內(nèi)部變化。
洞察號(hào)還配有攝像機(jī),準(zhǔn)備在遠(yuǎn)離地球的地方抓拍洞察號(hào)的小工作區(qū)。科學(xué)家們希望洞察號(hào)任務(wù)能夠幫助他們更多地了解太陽系中包括地球在內(nèi)的巖石行星的形成過程。當(dāng)然,洞察號(hào)必須在旅途中幸存下來,然后在任何事情發(fā)生之前堅(jiān)持到成功著陸。向火星發(fā)射探測(cè)器要比在火星表面輕輕著陸容易得多。
目前,世界上只有美國(guó)成功地在火星上部署了探測(cè)器(盡管有許多失敗)。上世紀(jì)70年代,由蘇聯(lián)發(fā)射的幾個(gè)登陸器都在降落過程或著陸幾分鐘后失敗了。2016年,歐洲人最后一次嘗試將著陸器發(fā)射到火星上。這個(gè)名為“斯夏帕雷利號(hào)”(Schiaparelli)的航天器以19世紀(jì)的一位天文學(xué)家命名,但最終也墜毀了。在火星軌道器隨后拍攝的照片中,斯夏帕雷利號(hào)似乎成了紅色地面上散落的灰色碎片。
當(dāng)洞察號(hào)著陸時(shí)間到來的時(shí)候,馬特·戈隆貝克(Matt Golombek)將會(huì)加入進(jìn)來。戈隆貝克是美國(guó)宇航局下屬噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的“著陸點(diǎn)專家”,他花了20年時(shí)間挑選和評(píng)估火星任務(wù)的潛在著陸地點(diǎn),包括第一個(gè)成功著陸的火星探測(cè)器Sojourner,它在1997年到達(dá)火星表面。
戈隆貝克表示,每次火星任務(wù)的著陸點(diǎn)總需要是個(gè)“平滑、平坦、無趣的地方”。多巖石的地形、陡峭的露頭以及傾斜的區(qū)域都可能對(duì)探測(cè)器造成破壞或傾覆。由于洞察號(hào)沒有其他探測(cè)器那樣的能力,該團(tuán)隊(duì)幾乎沒有犯錯(cuò)的余地。著陸程序是自動(dòng)完成的,所以在洞察號(hào)降落過程中,他們可能沒有太多事情可做。
戈隆貝克稱:“這有點(diǎn)兒像發(fā)射時(shí)的場(chǎng)景:你只能坐在那里等待,火箭已經(jīng)預(yù)先設(shè)定好了,你所能做的就是祈禱它能發(fā)揮作用。”當(dāng)被問及:在這個(gè)漫長(zhǎng)的等待中,他是否會(huì)變得不耐煩時(shí),戈隆貝克說:“不,我想我已經(jīng)參加過足夠多的發(fā)射,我知道這無關(guān)緊要,你只能等待。
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