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两部漫游者机器人在火星上的500个日日夜夜


http://www.sina.com.cn 2005年05月13日 14:54 南方周末
科技时代_两部漫游者机器人在火星上的500个日日夜夜
NASA的工程师正在实验室里利用模型模拟机遇号遇到的麻烦并寻找解决方案
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  □黄永明

  按照最初的设计,两部漫游者机器人将会在火星上工作90个火星日。然而出人意料的是,漫游者的健康状况非常好,最终它们可能会在火星上工作1000个火星日。所以假如一切如愿,那么现在正是漫游者火星之旅的中点

  假如向一张展开的世界地图上随意掷一枚硬币,则这枚硬币很可能会葬身“汪洋大海”。那么,假如向火星地图上掷硬币,又会发生怎样的情况呢?2003年,8亿美元化作了美国宇航局的两枚“硬币”飞向火星。这两枚“硬币”的名字叫做“火星探索漫游者”,是两部能够在火星上漫步的机器人。从它们分别在2003年底和2004年初登陆火星,至今,它们已经在那里度过了将近500个火星的日日夜夜,也经历了许多奇遇。

  小旋风相伴

  漫游者作为继1997年的火星探路者之后首次登陆火星的美国探测器,它们再三延长的探索活动背后始终存在一个疑团,甚至有人开玩笑说,也许是火星人在搞鬼。这个疑团就是:漫游者为什么会有这么好的精神?

  漫游者是靠太阳能板来获得能量的,所以当火星上的尘土慢慢将太阳能板遮蔽起来,它们也就会失去活力。最初的90天任务就是据此确定的。但奇怪的是,在漫游的过程中,两部机器人———勇气号和机遇号———太阳能板上的尘土数次被外力清除了,这是科学家们始料不及的。

  最近的一次这种情况就发生在今年3月。正常情况下,勇气号和机遇号的太阳能板分别能为它们提供每天0.9千瓦时的电力,但在3月5日,科学家小组发现勇气号太阳能板的电力迅速下降到了0.35千瓦时———下降了将近2/3。勇气号携带的相机拍摄了它的太阳能板,照片显示,太阳能板上已经蒙上了厚厚的一层尘土。科学家们不由得担心,勇气号的旅程或许将就此结束。

  但是奇迹出现了。就在人们一筹莫展之际,火星上刮起了阵阵小旋风。小旋风轻轻松松就把勇气号太阳能板上的尘土给吹走了。勇气号太阳能板的电力也回升到了每天0.8千瓦时,勇气号转危为安。与此同时,勇气号的相机也首次抓拍到了火星小旋风的照片。

  科学家相信,就是这种火星小旋风一次又一次吹走了勇气号太阳能板上的尘土,使得它的漫游得以继续。那么,身处火星另一面的机遇号的太阳能板上的尘土又是如何被清除的?科学家们至今还没有得到明确的答案。漫游者项目的首席科学家史蒂夫·斯库里斯说,风也许起到了帮助作用,但还不完全是风的作用,或许还有霜,他们目前尚不能很好地理解这一现象。

  遇到大麻烦

  勇气号也并不总是那么幸运的,它曾经遇到过大麻烦。去年夏天,它的右前轮突然不能正常转动了,好像是有什么东西卡住了它的齿轮箱。

  勇气号和机遇号是设计上完全相同的双胞胎机器人,它们都有六个轮子,每个轮子高25厘米。它们靠这些轮子在每天的工作时间里最多可以行进大约100米。看上去这种速度可真够慢的,但要知道,漫游者的行进速度并不是由它们的轮子决定的。漫游者携带的科学仪器要将获得的数据处理妥善后才会允许轮子再向前滚动一点。着陆点附近的“路况”是当初选择着陆点的重要依据之一。任何高于25厘米的障碍物对于漫游者来说都是不可逾越的。

  为了弄清勇气号右前轮的故障原因及解决办法,工程师们开始用实验室里1∶1的漫游者模型来模拟火星上的情况。这个模型足以乱真,就连漫游者上的最小部件都不放过。工程师们一面利用模型反复琢磨出了故障的轮子和齿轮箱,一面控制勇气号暂时用五个轮子行走。在设计上,漫游者的六个轮子都是可以独立控制的。

  工程师们想尽办法,花了数月时间才确认原来是润滑剂出了问题———润滑剂不能正常注入齿轮箱。于是,他们让右前轮多休息少工作,并且工作中一半时间前进一半时间倒退,最终又使得润滑剂能够正常注入齿轮箱,化解了危机。

  机遇号的轮子在今年4月13日也出现故障,目前地面人员已经失去了对它的控制。机遇号靠5个轮子仍然能够行走,但动作的精准程度会受到影响。最近它似乎又陷在了沙子里,动弹不得。工程师们正在地球实验室中通过操控模型来寻找解救它的方案。

  在海边漫步

  在过去的时间里,机遇号在火星上的最大发现,就是它正站在一条古老的海岸线上。它发现,火星上曾经比现在温暖和湿润得多,曾经存在过含有盐分的液态海洋。这一发现还被《科学》杂志评为了2004年最大的科学突破。

  机遇号最初获得的一条线索是灰赤铁矿。灰赤铁矿其实就是一种铁锈,地球上大部分的铁在地球形成早期沉到了地心,而火星因质量比地球小得多,就有很多铁留在了它的表面,为灰赤铁矿的形成提供了原料。在地球上,灰赤铁矿广泛地存在着,你通常可以在静水、温泉中找到它,有时火山活动也可以带来灰赤铁矿。所以,灰赤铁矿的存在就意味着很可能有液态水存在。

  后来,机遇号通过对火星岩石的分析又陆续发现了其他四条证据,它们共同强烈暗示着火星上曾存在液态海洋。机遇号在岩石中及岩石周围发现了直径为数厘米的球状物体,它们的化学组成与岩石不同,它们应该是由液态水中的物质凝固而成的;机遇号的照片中显示,岩石上有一些扁平的小洞,这些小洞应该是结晶体在水中分解后遗留下来的;机遇号的光谱仪在岩石内部探测到了大量的硫磺,这些硫磺只有可能来自于水环境中形成的硫酸盐;机遇号的另一架光谱仪找到了黄钾铁矾,这是一种通常在水中形成的罕见物质。

  机遇号发现火星海洋之后不久,勇气号在火星的另一面也发现了液态水留下的痕迹,只不过那里的水看起来要少很多。它们俩的发现共同暗示,过去的火星比现在要温暖和湿润,是一个适合生命存在的环境。

  去年夏天,机遇号在火星上拍摄到的自己的影子

  打磨器磨秃了

  从设计上来讲,漫游者本身并不具备发现火星生命的能力。英国《新科学家》杂志在漫游者登陆火星一周年之际曾评论说,要想回答人们追寻已久的火星生命问题,惟一的办法就是人类亲自踏上火星去看一看。

  实际上,包括漫游者在内的火星探测器都将为人类登陆火星的地点选择提供帮助。科学家们在掷漫游者这两枚硬币时就颇花费了一番心思。除了前面提到的“路况”问题外,还有另一个重要的决定因素,就是着陆点要具有高度的科研价值,用项目科学家的话来说,就是“跟着水走”。科学家最终从155个候选地点中选出了两个:一个是巨大的古谢夫陨坑,一个是梅里迪亚尼平原。所以,两枚“硬币”并不是随意掷出去的。

  每一个漫游者都像是一个全副武装的地质学家,它们在考察火星岩石的时候有一件利器———岩石打磨器。岩石打磨器上镶嵌着钻石,能够在两个小时的时间里在任何可及的岩石上打磨出一个直径45毫米、深5毫米的浅坑。这些听上去很浅的小坑在寻找水的过程中帮了科学家的大忙。因为打磨工作能够把层岩表层受到环境影响的部分去除掉,从而看到层岩内部更原始的状态。

  现在,岩石打磨器上的钻石都已经被磨光了,已经不能像起初那样把岩石打磨出一个坑来。但即便是这样,用它在岩石上磨一磨,也仍然会对科学家研究地质起到帮助。

  给落日拍照

  依靠太阳能,漫游者兄弟日出而作,日落而息。机遇号就连在观察日落的过程中也能发现不同寻常的东西。

  登陆火星大约一个月后,机遇号在一天下午5点30分的时候(火星时间),向着火星的地平线方向捕捉到了一组日落的照片。照片里,蓝色的天空上一个不大的白点正位于远山上方,白点四周还有一圈蓝晕。

  从这组照片中可以看出,太阳在落山的过程中,其光芒被越来越多的沙尘所阻挡。沙尘的程度要比美国宇航局前一个火星登陆任务中所观察到的多得多,大致与城市中糟糕的扬沙天气相当。

  用于此次拍摄火星落日的相机是漫游者携带的全景相机。这种相机是人类迄今送往另一颗行星的最为先进的成像设备,机遇号登陆后很快就用全景相机对四周进行了360度的拍摄。

  欣赏火星“日食”

  去年3月,机遇号还有幸首次目睹了火星上的“日食”。也许在这里说“日食”会引起误会,因为火星上的“日食”与我们地球上日食实在是相差甚远,但是除此之外也没有一个更好的称谓可用。

  火星有两颗自然卫星,它们都比我们的月球小得多,或者可以说,它们就像是两块形状不规则的巨石。它们的直径一个相当于23公里,另一个只相当于13公里。在视野中,两颗卫星就仅仅是两个小黑点,所以当所谓的火星日食发生时,也仅仅是有两个小黑点从日面上经过而已,就像是两颗会移动的太阳黑子。

  机遇号看到的日食是由火卫一引起的。它历时很短,只有20多秒钟时间。这也是火星日食的一个特点。火卫一引发的日食时长大概在30秒左右,火卫二的长一些,能够达到3分钟。相比之下,地球上的日全食通常会持续数分钟时间,但不会超过8分钟。

  还曾遭遇UFO

  勇气号登陆后不久,居然在漫步的过程中意外拍摄到了UFO!从它拍摄的一些照片中可以看到,在火星上空有个显而易见的黑点。起初有人猜测,这可能是火星的卫星。如果仅仅从地理位置来讲,勇气号和机遇号所在的位置倒是的确都能够观察到火星的两颗卫星。假如置身火星的南北纬70度的范围内,你将能够看到两颗“月亮”同时挂在夜空。不过,如果检查更多的照片就会发现,那些黑点时有时无。

  天文学家则怀疑,那也许是正在环绕火星飞行的人类探测器。因为人类已经先后向火星发射过数十架探测器,其中许多都是环绕火星运行的轨道探测器,火星上空变得越来越拥挤,看到其中某一架也不算稀奇。他们猜测,勇气号拍摄到的可能是美国30年前发射的海盗号探测器。

  但去年夏天,天文学家还是否定了这种猜测。他们给出的最终解释是:那个黑点是人类首度看到的火星流星!研究表明,勇气号拍照时火星上空正在发生一场流星雨。

  展望未来

  火星上的一天要比地球上的稍微长一点,确切地说是24小时39分35秒。按照最初的设计,两部漫游者机器人会在火星上工作90个火星日。然而出人意料的是,漫游者的健康状况非常好,它们的工作也被一再续约。今年4月初,漫游者项目的科学家宣布,他们将第三次延长漫游者的探索计划,最终漫游者可能会在火星上工作1000个火星日。

  所以假如一切如愿,那么现在就正是漫游者火星之旅的中点。展望未来的旅程,项目科学家一方面相当乐观,认为漫游者可以工作到明年9月份以后;另一方面也十分谨慎,因为今后任何一个故障或者冒失的操作都有可能让任务中断。

  今年1月初,美国宇航局的机器和人类探索火星路线图委员会召开了第一次会议。按照美国目前的探索火星路线图,今年8月份将发射“火星侦察环绕者”探测器,2007年发射“凤凰号”登陆探测器;2009年发射火星科学实验室,能够对甲烷作出高灵敏度、高精确度的探测;2013年到2020年间还将发射能够将火星物质样本带回地球的探测器。最终的目标是以血肉之躯的宇航员代替钢筋铁骨的机器人,登陆火星。



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