凤凰号任务幕后:用火山灰模拟火星土测试

http://www.sina.com.cn 2008年06月24日 11:47  新浪科技

  新浪科技讯 北京时间6月24日消息,据英国《新科学家》杂志报道,经过几十年的努力,行星科学家仍在苦苦追寻火星土壤的“完美配方”。上周,“凤凰”号探测器费力地将其首次采集到的土壤样本送入一个用来测试土壤成分的微型烤箱。可是,由于土壤样本块儿过大过重,无法从微型烤箱上的网筛漏下去。最后通过让网筛的振动器加强振动频率,才使这些土壤样本终于落入烤箱。

  美国亚利桑那大学教授威廉姆·博伊顿(William Boynton)在一个新闻发布会上表示:“我们所面临的一个困难是,能否开发出一种同火星土壤的特征完全一样的相似物。”研究人员使用大量“土壤模拟物”(soil simulant)来制定火星探测任务计划。然而模拟火星土却是一件非常困难的事情。

  模拟火星土为何困难重重?

  与月球土壤情况不同,没有实实在在的火星土壤可供科学家研究。所以,他们只能通过太空船和望远镜传回来的数据去估计火星土壤的成分和颗粒大小。另外,模拟火星环境也是科学家所面临的不小的挑战,即使特制工具可用于在类似火星气温和压力条件下测试“凤凰”号探测器的一些零部件,但经常从事此类实验要投入巨额资金。也正是出于这个目的,研究人员一直在寻找能在地面正常的实验室环境之下模拟火星土壤特性的材料。

  为何要模拟火星土?

  模拟火星土壤可用来测试将被安装在环轨道运行的太空船、机器人探测器上的各种仪器。因此,研究人员已发明出各种各样的模拟物,每一种都可以模拟火星土壤的不同特性。为了测试照相机和其他光学仪器,研究人员往往求助于一种名为“JSC 火星-1”(JSC Mars-)的模拟物。

  “JSC 火星-1”是出自美国夏威夷莫纳克亚山的火山灰。研究人员之所以要借助“JSC 火星-1”的力量,是因为它可以模拟火星表面反射光的方式。若想测试火星探测器,那么发现能够模拟火星土壤机械特性的模拟物至关重要。这种模拟物可被用来检测机器人探测器的挖土、行进及保护其仪器不受火星土壤损坏等方面的能力。

  使用何种手段测试掘土能力?

  在此次任务期间,“凤凰”号探测任务小组成员一直在图森市一个名为“有效载荷互动性测试床”(PIT)的实验室中测试“凤凰”号探测器的零部件性能。在此,他们将碾得粉碎的火山石同相对粗糙的材料和水混在一起,制成泥浆。研究小组随后对这一混合物进行烘焙,将其中的大多数水分烤掉,只留下一些残留湿气以使土壤结成块。

  这种混合物奏效吗?

  负责“凤凰”号机械臂操作的华盛顿大学科学家雷·阿维德森(Ray Arvidson)说,这种混合物似乎能够模拟火星土壤的一些机械特性,因为它能够模仿在火星上看到的土壤粒度分布情况。阿维德森对《新科学家》说:“我们试图依据对之前5次登陆任务的了解,形成对土壤粒度分布情况的整体思路。”

  虽然土壤粒度可以一定程度上解释火星土壤的粘性问题,但“凤凰”号上周所发生的故障表明,土壤粒度并不能完全解释这一问题。在地球上,水用来使土壤结成块,但在火星上,盐(水蒸发后留下来的)也许可将土壤凝结成块。这种不同之处致使模拟过程困难重重,同时也产生意想不到的结果,比如在将火星土壤样本送入筛网的小口时所遇到的困难。

  如何模拟火星土中的冰?

  冰对航天器构成了新的挑战。阿维德森说:“我真正担心的是我们如何对付火星冰层。”自上世纪70年代“海盗”号任务以来,阿维德森一直致力于对土壤模拟物的研究。为了检测“凤凰”号掘土挖冰的能力,任务小组将碾碎的火山石同像水泥一样的材料混合在一起。

  正在开发替代土模拟物?

  确实如此,位于美国加州帕萨迪纳的美宇航局喷气推进实验室日前开发出一种称为“莫哈韦火星模拟物”(简称MMS)的新型土壤模拟物。莫哈韦火星模拟物是由被碾碎火山石的沙子和灰尘制成,而火山石则是在美国加州莫哈韦沙漠发现的。这些物质被用于帮助测试“凤凰”号本身能在多大程度上将土壤加热至足够令冰蒸发的温度。

  莫哈韦火星模拟物是实施这种测试的理想物质,因为它不吸收或保持其矿物结构中的水分,使得研究人员基本上可以对模拟物对与其混合的水的影响忽略不计。研究人员在对类似火星压力和气温条件下添加至模拟物的水量,同“凤凰”号挖入模拟土壤后丧失的水量进行对比时,他们发现挖掘本身可能会使土壤样本中的水量减少大约5%。

  但是,喷气推进实验室的卢瑟·比格尔(Luther Beegle)表示,这些物质可能还适于模拟土壤机械特性。这是因为它具有良好的粒度分布,且是在缺水条件下挤压巨石形成的——这一过程与火星岩石如何随着时间被风化的过程存在诸多相似之处。比格尔在接受《新科学家》杂志采访时表示:“我认为我们到了可以开发出模拟火星一般状况的模拟物的阶段了。”

  喷气推进实验室已将莫哈韦火星模拟物送到“凤凰”号任务小组,但它的主要用途将是测试探测器在火星气温和压力下的零部件性能,以便为即将发射的任务做好准备,特别是美宇航局新一代火星车“火星科学实验室”,它将于2010年到达这颗红色星球。(孝文)

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