7月30日消息，北京時(shí)間19時(shí)50分（美國(guó)東部時(shí)間7時(shí)50分），搭載NASA毅力號(hào)（Perseverance）火星車的Atlas V-541火箭發(fā)射升空！

▲搭載NASA毅力號(hào)火星車的Atlas V-541火箭發(fā)射升空

在此之前毅力號(hào)其實(shí)早已“蠢蠢欲動(dòng)”，但奈何在運(yùn)載火箭測(cè)試環(huán)節(jié)問(wèn)題頻出，NASA不得不將毅力號(hào)的發(fā)射時(shí)間三度推遲，導(dǎo)致美國(guó)這次沒(méi)趕上發(fā)射時(shí)間上的“第一”，而是壓了個(gè)“大軸”。盡管毅力號(hào)出發(fā)得最晚，但它的技術(shù)積累確是最深厚的。

▲Atlas V-541火箭上搭載攝像機(jī)視野發(fā)射圖像

北京時(shí)間7月20日凌晨5時(shí)58分14秒，阿聯(lián)酋希望號(hào)火星軌道器發(fā)射升空。

北京時(shí)間7月23日12時(shí)41分，中國(guó)天問(wèn)一號(hào)火星探測(cè)器發(fā)射升空。

▲阿聯(lián)酋希望號(hào)（左1） 中國(guó)天問(wèn)一號(hào)（右1）

自此，選擇在今年7~8月火星探測(cè)器發(fā)射窗口期“扎堆”發(fā)射探測(cè)器的三個(gè)國(guó)家的發(fā)射任務(wù)都圓滿啟動(dòng)。我們期待中國(guó)、美國(guó)、阿聯(lián)酋三國(guó)的火星探測(cè)器都可以成功抵達(dá)火星，在這顆紅色星球周圍“相聚”。

如果美國(guó)這次任務(wù)順利進(jìn)行的話，毅力號(hào)火星車從美國(guó)佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角空軍基地的發(fā)射臺(tái)出發(fā)，將經(jīng)歷長(zhǎng)達(dá)7個(gè)多月的旅程，到達(dá)火星上的杰澤羅隕石坑（Jezero Crater, Mars）著陸，執(zhí)行美國(guó)的第9次火星著陸任務(wù)。

這次任務(wù)與之前不同，目的是為了精確探索火星生命，這次NASA瞄準(zhǔn)了火星上的微生物樣本，準(zhǔn)備進(jìn)行一次火星生命“地毯式搜索”。

▲發(fā)射前拍攝的位于卡納維拉爾角空軍基地的發(fā)射臺(tái)

之所以選擇杰澤羅隕石坑著陸，是因?yàn)槊绹?guó)曾通過(guò)此前的火星探測(cè)器發(fā)回的信息顯示，杰澤羅隕石坑大約有45公里寬，坐落在伊希地平原的西側(cè)，那是一個(gè)火星赤道以北的巨大盆地，由一次遙遠(yuǎn)的隕石撞擊火星表面造就，這里極有可能存在過(guò)火星微生物。

美國(guó)計(jì)劃毅力號(hào)執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間也是至少一個(gè)火星年（約687個(gè)地球日），毅力號(hào)將在白天工作、夜晚休息，這次主要的任務(wù)是通過(guò)自身攜帶的設(shè)備尋找形成于35億年前的火星三角洲上的古代微生物生命跡象，如果有可能的話，毅力號(hào)還將通過(guò)自身攜帶的小火箭將火星樣本送回地球，供科學(xué)家們將樣本帶回實(shí)驗(yàn)室研究。

▲杰澤羅隕石坑

這張俯視圖由軌道上拍攝的NASA圖片制成，藍(lán)色圓圈表示的是火星車將要著陸的區(qū)域，圖片中心的弧形山丘高約1600英尺，是杰澤羅隕石坑的邊緣部分。

從1964年至今，美國(guó)人探索火星已多達(dá)56個(gè)年頭，而這次發(fā)射的毅力號(hào)為了探測(cè)火星生命，與先前部署在火星上的8臺(tái)火星車有何不同？NASA又是如何通過(guò)毅力號(hào)搜尋火星歷史上存在微生物痕跡的？我們一起來(lái)看。

一、毅力號(hào)沖向太空為探測(cè)火星生命

火箭發(fā)射的威力總是巨大的，Atlas V的DR-180主引擎和4個(gè)固體助推器點(diǎn)火產(chǎn)生了1020萬(wàn)牛頓（230萬(wàn)磅）的推力，將火箭發(fā)射升空。

在起飛后不久，火箭會(huì)開(kāi)始改變行駛角度，以進(jìn)入正確的飛行路線，同時(shí)最大程度減少飛行中的動(dòng)態(tài)阻力。

據(jù)悉，有著18年“飛齡”的美國(guó)老牌火箭Atlas V-541（阿特拉斯5號(hào)）此前曾執(zhí)行過(guò)6次發(fā)射任務(wù)，其中一次就是在2011年11月26日發(fā)射好奇號(hào)火星車，此外它還曾發(fā)射過(guò)3顆美國(guó)國(guó)家安全衛(wèi)星、2顆氣象衛(wèi)星。

這個(gè)威力巨大的老牌火箭在起飛后35秒就能達(dá)到1馬赫數(shù)的音速。

在1分49秒時(shí)，系統(tǒng)放棄火箭助推器，接下來(lái)2.5分鐘的飛行將持續(xù)3分27秒。

在第4分22秒時(shí)，助推引擎關(guān)閉，這個(gè)時(shí)候阿特拉斯5號(hào)會(huì)以每小時(shí)13470英里的速度飛行21600公里，高度接近156公里（97英里），向下距離約為497公里（309英里）。

6秒鐘后，阿特拉斯的半人馬系統(tǒng)啟動(dòng)，釋放助推器，現(xiàn)在這個(gè)設(shè)備的重量?jī)H為升空時(shí)的5%多一點(diǎn)了。10秒后，中心主發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始第一次燃燒液氧。

▲火箭&助推器分解結(jié)構(gòu)

在飛行約11.5分鐘時(shí)，主引擎MECO-1切斷，這時(shí)候進(jìn)入的區(qū)域位于海岸上空，為萬(wàn)一發(fā)生危險(xiǎn)后的逃逸行為做準(zhǔn)備。

大約8分鐘后，切斷最后的主引擎，為航天器分離做準(zhǔn)備。

在飛行了大約57.5分鐘的時(shí)候，中心發(fā)動(dòng)機(jī)釋放航天器，航天器將以超過(guò)41000公里/小時(shí)（26000英里/小時(shí)）的速度行駛，向火星進(jìn)發(fā)，開(kāi)始為期7個(gè)月的旅途。

而在此期間，所有想要進(jìn)行著陸探測(cè)的火星探測(cè)器都將穿過(guò)火星大氣層，這一環(huán)節(jié)需要7分鐘，由于環(huán)境等各種困難條件的搭載，這7分鐘也被稱為恐怖7分鐘或黑色7分鐘，一旦火星車安全堅(jiān)持過(guò)這段時(shí)間，基本就會(huì)安全著陸。

▲火星車著陸路徑圖

這次NASA送上太空的探測(cè)車“毅力號(hào)”的名字是由一名13歲學(xué)生的想法命名的，這個(gè)孩子名叫亞歷山大?瑪瑟（Alexander Mather），他說(shuō)：

▲13歲學(xué)生亞歷山大?瑪瑟（Alexander Mather）

“以往美國(guó)的火星探測(cè)器的名字比如“好奇”“洞察”“勇氣”“機(jī)遇”都是人類的品質(zhì)，而唯獨(dú)缺少了以“毅力”這個(gè)品質(zhì)命名的探測(cè)器，而毅力才是航天工作最需要且必須具備的品質(zhì)?！?

▲“毅力”一詞的涵義

毅力號(hào)的設(shè)計(jì)基于 NASA 成功的火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室任務(wù)架構(gòu)，包括其“好奇號(hào)”探測(cè)器和成熟的著陸系統(tǒng)，但在此基礎(chǔ)上做了升級(jí)。

像2012年登陸的漫游車“好奇號(hào)”一樣，“毅力號(hào)”有一個(gè)攝像頭桅桿和一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的機(jī)械臂，上面裝有一系列工具，可以幫助他們追蹤火星上難以捉摸的生命跡象。

▲毅力號(hào)火星車

它的任務(wù)不僅要尋找火星上遠(yuǎn)古宜居條件的跡象，還要尋找過(guò)去微生物生命本身的跡象。

二、嘗試在火星上“造氧”，無(wú)人機(jī)也將在火星表面飛行

為了載荷能力提升，美國(guó)可謂是將火星車“越做越大”，最初的1976年到達(dá)火星的“海盜1號(hào)”與“海盜2號(hào)”火星車的質(zhì)量還僅有91千克，而2012年到達(dá)火星的“好奇號(hào)”火星車大小已經(jīng)像一輛“MINI Cooper”了，這次的六輪NASA火星漫游車“毅力號(hào)”足足有一輛SUV大小。

NASA給這輛“能裝”的火星車配備了儀器“七件套”，除了火星旅行標(biāo)配“相機(jī)、雷達(dá)、激光”等設(shè)備，NASA還讓它帶了個(gè)先進(jìn)的鉆井系統(tǒng)、一個(gè)微型直升機(jī)，還有一個(gè)制氧系統(tǒng)去火星，妥妥把“毅力號(hào)”安排成了一個(gè)“火星工程師”。

據(jù)悉，毅力號(hào)此次配備了5種成像工具：首先是桅桿頭上的 SuperCam（位于大的圓形開(kāi)口中），其次是兩個(gè)位于桅桿下方灰框中的 Mastcam-Z 導(dǎo)航攝像頭。

激光、光譜儀、SuperCam 成像儀將用于檢查火星的巖石和土壤，以尋找與這顆紅色星球的前世有關(guān)的有機(jī)化合物。

兩臺(tái)高分辨率的 Mastcam-Z 相機(jī)能夠與多光譜立體成像儀器一起工作，以增強(qiáng)毅力號(hào)火星車的行駛和巖心采樣能力。

▲毅力號(hào)搭載的相機(jī)數(shù)量

要知道火星大氣中有95%是二氧化碳（CO?），只有0.14%的氧氣（O?）含量，如果像人類的設(shè)想一樣，想把火星作為人類的“第二家園”，靠這0.14%的O?含量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

▲火星大氣氣體分布

這次毅力號(hào)將一個(gè)名為MOXIE的“火星小魔方”送上火星，目的是通過(guò)這個(gè)儀器嘗試將火星大氣中的CO?轉(zhuǎn)化為O?，NASA稱之為“造氧計(jì)劃”。

▲MOXIE

如果這一試驗(yàn)成功，將為人類未來(lái)探索火星提供強(qiáng)力支柱，是一項(xiàng)技術(shù)上的重大飛躍。

除了“造氧小魔方”，毅力號(hào)火星車的車底還帶了一架微型直升機(jī)“機(jī)智號(hào)（Ingenuity）”上火星。NASA試圖讓它在稀薄的火星大氣中嘗試飛行。

▲“機(jī)智號(hào)”直升機(jī)工作圖像模擬

▲“機(jī)智號(hào)”直升機(jī)整體構(gòu)造

“機(jī)智號(hào)”是一種可以自動(dòng)駕駛的小型商用旋翼直升機(jī)，它固定在火星車的腹部，并且在到達(dá)火星后會(huì)按計(jì)劃在一個(gè)月的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行5次短程測(cè)試飛行

▲直升機(jī)脫離探測(cè)器

它重約1.8公斤，在火星上大約有1.5磅，可以在大氣密度不到地球1%的火星大氣中升空，并將通過(guò)太陽(yáng)能電池板為鋰離子電池充電，可為每次90秒的短程飛行提供足夠的能量。

▲“機(jī)智號(hào)”直升機(jī)技術(shù)規(guī)格

在“機(jī)智號(hào)”任務(wù)完成后，毅力號(hào)將會(huì)在接下來(lái)的一個(gè)火星年不斷在火星表面漫游，收集樣本，這些樣本可能會(huì)含有表明火星古代生命存在的生物特征。

這次火星探測(cè)最重要的任務(wù)是收集可供地球上人類研究的樣本，因此它身上最重要的是由Bit Carousel和Adaptive Caching Assembly裝置組成的樣本采集系統(tǒng)，NASA稱，該系統(tǒng)耗時(shí)7年打造，是目前進(jìn)入太空服役的最復(fù)雜的機(jī)器人系統(tǒng)。它們將用于收集、保護(hù)火星上的灰塵和樣本并將其反饋給科學(xué)家。

▲毅力號(hào)先進(jìn)的鉆井系統(tǒng)

Bit Carousel 由9個(gè)鉆頭組成，火星車將使用它們鉆入地面，拉動(dòng)樣本并將它們傳遞到火星車內(nèi)部，以通過(guò)自適應(yīng)緩存裝置進(jìn)行分析。該系統(tǒng)具有七個(gè)電機(jī)和總共3000個(gè)零件，并負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和評(píng)估巖石和灰塵樣品。

▲毅力號(hào)取樣

樣本采集系統(tǒng)會(huì)將收集到的火星上的部分樣本整合好，裝載在一個(gè)小型火箭上，據(jù)稱在計(jì)劃中，小型火箭會(huì)從火星出發(fā)，將樣本投送到嚴(yán)格控制消毒條件的流動(dòng)站中，最終將樣本送回地球。

▲小火箭送樣本計(jì)劃

此外，NASA還將會(huì)把地球上的物質(zhì)通過(guò)毅力號(hào)帶往火星，經(jīng)過(guò)10年的沉積，在2031年派出火星車再把這些樣本帶回地球進(jìn)行研究。

如果這些計(jì)劃設(shè)想都將實(shí)現(xiàn)，人類就可以真正通過(guò)從火星上采集的樣本分析火星上的環(huán)境微生物，而不單單通過(guò)圖片，或是傳說(shuō)中墜落下來(lái)的“火星隕石”尋找答案了。

除此之外，毅力號(hào)還帶了航天服材料以為未來(lái)人類踏足火星做準(zhǔn)備，同時(shí)它還帶了一塊刻有地球和蛇杖圖案的鋁板，以此來(lái)表達(dá)對(duì)抗擊新冠肺炎疫情醫(yī)護(hù)人員的敬意。

▲宇航服設(shè)計(jì)師與Z-2宇航服原型

▲一塊刻有地球和蛇杖圖案的鋁板

三、美國(guó)的火星探測(cè)史

達(dá)芬奇曾說(shuō)過(guò)：“你只要嘗試過(guò)飛行，日后走路時(shí)也會(huì)仰望天空，因?yàn)槟鞘悄阍?jīng)到過(guò)，并渴望回去的地方（When once you have tasted flight, you will forever walk the earth with your eyes turned skyward, for there you have been, and there you will always long to return.）”

火星這個(gè)神秘的紅色星球在古羅馬時(shí)期就受到人們的向往，有傳說(shuō)寫道“Mars”這個(gè)詞也是由古羅馬戰(zhàn)神Mars的名字而來(lái)。

而到上個(gè)世紀(jì)60年代，人類才真正開(kāi)始對(duì)火星的探索。

1960年和1962年，前蘇聯(lián)開(kāi)始向火星發(fā)射探測(cè)器，但因?yàn)槿狈?jīng)驗(yàn)，兩次發(fā)射任務(wù)均告失敗，因此1964年美國(guó)發(fā)射的“水手4號(hào)”成為了世界上第一個(gè)發(fā)射成功的火星探測(cè)器。

▲NASA的“火星車們”

水手4號(hào)于1964年12月28日發(fā)射升空，這是有史以來(lái)第一枚成功到達(dá)火星并發(fā)回?cái)?shù)據(jù)的探測(cè)器，它向地球發(fā)回了 21 張照片，此后又在環(huán)繞太陽(yáng)軌道上花費(fèi)三年時(shí)間對(duì)太陽(yáng)風(fēng)進(jìn)行探測(cè)。

1969年美國(guó)向火星發(fā)射了水手6號(hào)和水手7號(hào)。前者于2月24日發(fā)射升空，7月31日抵達(dá)火星。后者于3月27日發(fā)射升空,8月5日抵達(dá)火星。這兩枚探測(cè)器攜帶有更先進(jìn)的儀器和通訊設(shè)備，它們成功掠過(guò)火星，對(duì)火星大氣成分進(jìn)行分析，并發(fā)回了大量照片。

▲水手6號(hào)探測(cè)器

1971年5月30日，美國(guó)水手9號(hào)發(fā)射升空，這是有史以來(lái)第一枚成功進(jìn)入環(huán)繞火星軌道的探測(cè)器，取得了空前的成功。水手9號(hào)于1971年11月14日到達(dá)火星，在火星軌道上工作了將近一年之久，發(fā)回了 7329 張照片，覆蓋了火星表面超過(guò) 80% 的部分，同時(shí)還對(duì)火星的兩顆衛(wèi)星進(jìn)行了探測(cè)。

1975年8月20日美國(guó)發(fā)射的海盜1號(hào)，是美國(guó)國(guó)家航空航天局維京號(hào)計(jì)劃中兩艘飛往火星中的第一艘，它花費(fèi)10個(gè)月飛向火星，軌道太空船在進(jìn)入火星軌道前五天開(kāi)始傳回火星全球照片，成為全球首個(gè)能成功登陸火星的衛(wèi)星。

▲“海盜號(hào)”火星車

1975年9月9日發(fā)射海盜2號(hào)，主要研究火星溫度、磁場(chǎng)、風(fēng)速、風(fēng)向、X射線光譜，于 1976年8月7日進(jìn)入火星軌道。1976年9月3日成功著陸于烏托邦平原。

▲以往NASA的火星車

1996年，美國(guó)的火星環(huán)球偵測(cè)者號(hào)發(fā)射成功，這枚探測(cè)器持續(xù)工作了10年，直到2006年才失去訊號(hào)聯(lián)絡(luò)，它是最成功的火星探測(cè)任務(wù)之一。它利用所攜帶的一些專業(yè)儀器，進(jìn)行海拔高度測(cè)量，科學(xué)家繪制了火星的地形圖。

2001年，美國(guó)國(guó)家航空航天局的火星探測(cè)衛(wèi)星奧德賽號(hào)發(fā)射，主要任務(wù)是尋找火星上水與火山活動(dòng)的跡象。

2003 年，美國(guó)火星探測(cè)漫游者，這項(xiàng)計(jì)劃的主要目的是將勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)兩輛火星車送往火星，對(duì)火星這顆行星進(jìn)行實(shí)地考察。勇氣號(hào)在執(zhí)行任務(wù)期間，曾首次找到火星上曾有水存在的證據(jù)，并從火星上拍攝到了地球的照片。而機(jī)遇號(hào)截至 2018年1月25日，已在火星漫游14年多，取得了很大的成績(jī)，并于2019年2月13日任務(wù)結(jié)束。

2005 年，美國(guó)火星勘測(cè)軌道飛行器，它的任務(wù)是將一枚衛(wèi)星送往火星，以前所未有的照相機(jī)分辨率對(duì)火星這顆紅色行星進(jìn)行詳細(xì)考察，并且為往后的火星地表任務(wù)尋找適合的登陸地點(diǎn)。

2007 年，美國(guó)鳳凰號(hào)火星探測(cè)器，鳳凰號(hào)火星著陸探測(cè)器在著陸地點(diǎn)附近挖到的發(fā)亮物質(zhì)是冰凍水，從而證實(shí)火星上的確存在水。這也是人類通過(guò)探測(cè)器在地球以外首次獲得冰凍水樣本。除此之外，“鳳凰”號(hào)還首次發(fā)現(xiàn)火星降雪，還找到了火星上存在碳酸鈣和粘土的線索。

▲鳳凰號(hào)火星探測(cè)器

2011年，美國(guó)好奇號(hào)火星探測(cè)器，好奇號(hào)發(fā)現(xiàn)了拍攝了大量火星日偏食，首次發(fā)現(xiàn)不明物似金屬碎片，發(fā)現(xiàn)鐵證證明火星上有水，發(fā)現(xiàn)火星有機(jī)物，測(cè)定巖石年齡為 38.6~45.6 億年之間等。就在近幾天，好奇號(hào)還捕捉到了從火星上看到的地球畫(huà)面，這張?bào)@人的圖片也讓我們不由的感嘆人類的渺小。

▲好奇號(hào)火星車從火星的表面捕捉到了地球的第一張照片

▲“好奇號(hào)”捕捉到的火星上的大風(fēng)隕石坑

2018 年，美國(guó)洞察號(hào)成功著陸，根據(jù)洞察號(hào)無(wú)人探測(cè)器提供的數(shù)據(jù)，美國(guó)航天局開(kāi)始在網(wǎng)上發(fā)布火星每日天氣報(bào)告，提供火星氣溫、風(fēng)速、氣壓等信息。

而這次美國(guó)“毅力號(hào)”火星探測(cè)器升空，為美國(guó)的火星探索事業(yè)又添加一員大將。

四、2020火星“三杰”各有優(yōu)勢(shì)

阿聯(lián)酋“希望號(hào)”、中國(guó)“天問(wèn)一號(hào)”、美國(guó)“毅力號(hào)”三位“選手”在2020年7~8月的火星探測(cè)器發(fā)射窗口紛紛踏出了第一步,那么這三個(gè)國(guó)家這次發(fā)射的火星探測(cè)系統(tǒng)有何異同？我們通過(guò)一個(gè)表格來(lái)大致看下：

從表格上來(lái)看，三國(guó)對(duì)于這次火星探測(cè)的側(cè)重點(diǎn)不同，雖然NASA的火星探測(cè)器在發(fā)射時(shí)間上并沒(méi)有占到先機(jī)，但是它確實(shí)是離探索火星生物、了解火星是否宜居最近的一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

結(jié)語(yǔ)：火星微生物探測(cè)開(kāi)啟新篇章

從古至今，火星作為離地球最近、大陸面積與地球相似且環(huán)境最接近的行星，一直都在被人類向往和推測(cè)。

火星上曾存在過(guò)生物嗎？人類是否是從火星遷徙過(guò)來(lái)的物種？未來(lái)火星能否成為人類的“第二家園”？這些問(wèn)題一直以來(lái)都是飽受爭(zhēng)議的話題。

此前人類也通過(guò)火星探測(cè)器拍攝的照片，或是天上掉下的類似火星隕石的石頭了解過(guò)火星的情況，但由于去往火星技術(shù)受限，未曾有過(guò)精確細(xì)致的探索。NASA的“毅力號(hào)”這次就將帶著了解火星上微生物的目的，獲取樣本，未來(lái)可能真的能通過(guò)研究精確解答這些問(wèn)題。

目前23日發(fā)射升空的中國(guó)“天問(wèn)一號(hào)”已經(jīng)在28日傳回了第一張“地月”合影，那么搭載如此多新東西的“毅力號(hào)”發(fā)射后續(xù)如何，我們依舊拭目以待。