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你知道天问一号去火星干什么吗?

Jessie LI Jessie LI Follow Aug 18, 2020 · 1 min read
你知道天问一号去火星干什么吗?

在看这篇文章之前,我来问个问题:你知道天问一号去火星干什么吗?

找天线宝宝?还是海绵宝宝?

图片谁在叫我?

你知道天问一号着陆火星的设备是什么吗?

火星车呀!

他长什么样子?我不知道…

与此同时,为了给今天(30号)即将发射的 毅力号 (Perseverance) 火星探测器 造势,NASA美国国家航空航天局通过“火星倒计时”的直播开展了一场全球大科普:

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毅力号火星概念图 来源: NASA

什么是毅力号火星探测车?有什么特殊的?

这次去火星的主要目标是什么?到了之后要干什么?怎么干?

科学家们在兴奋什么?

反正我是看的很激动,已经全然忘了是国家间的太空竞赛了,而是一个让全人类都为之兴奋的红色星球之旅。相比之下,天问一号除了知道它“发射成功”之外,然后就没有然后了。更有趣的是,央视在报道天问一号的时候,用的竟然是SpaceX龙飞船的背景图,知乎上也有天文研究员吐槽全网竟找不到一张天问一号的设备图。

于是其他公众号也只能无奈借用NASA的毅力号设备图,来诠释我们的大愿景。

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好像有点儿像?

因为我没有胡编乱造的本领,而且觉得NASA的科普做的很好(竟然听懂了大部分==)。在这里就写一篇介绍昨天NASA在“火星倒计时”的这场大科普中都说了啥,也许大家可以对应脑补出我们自己的版本。

火星2020

我们今天在肯尼迪航天中心,邀请了NASA和JPL的5位科学家来和大家分享2020红色星球计划以及支撑它实现的,背后的科学和工程创新。

火星2020的目标

Mars 2020的三个主要目标:

第一个不用多说, 寻找生命的存在迹象

第二个目标,就是NASA强调的不能再强调的 样本回收(sample return) 。从整个火星车的设计理念就可以看出,几个主要的创新点都是为了采集样本作准备(后面会提到)。

另外,火星之旅作为其他可能存在生命的太阳系其他地点探险的重要一步, 这一次毅力号将在红色星球上接受技术和工程能力的检验 ,它发现的东西能解释什么问题,以及它发现的东西会带来什么新的问题。

这次任务将让我们期待,太阳系内其他可能合适的目的地:木星(欧罗巴)和土星(土卫六)的卫星也可能有潜在的环境可以容纳生命。-Beyond the Mars

毅力号的创新

7min安全着陆

首先,毅力号的着陆区域其实已经选定了。NASA选择了Jezero Crater陨石坑作为它的着陆点,因为科学家们认为该地区曾经被水淹没,是古代河流三角洲(delta)的所在地,最有可能发现生命的痕迹。

Jezero Crater 陨石坑讲述着一个数十亿年前潮湿的火星。35亿年前,河道从火山口壁上溢出,形成了一个湖泊。科学家看到的证据表明,水把周围地区的粘土矿物质带入了火山口湖中。可以想象,微生物生命可能在其中一个或多个潮湿的时期生活在Jezero。如果是这样的话,可能会在湖床或海岸线沉积物中发现它们的痕迹。

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Jezero Crater 来源: NASA/JPL-Caltech/MSSS/JHU-APL

确定了着陆区域之后,下一步就是down to MARS了,在火星上能安全着陆不像想象中那么容易,尤其是当下面的陆地充满了危险的时候,比如有陡坡和大岩石时。

而且着陆时间,只有7分钟。

这里就要提到一个非常重要的技术, 相对地形导航(Terrain relative navigation)

图片相对地形导航技术 来源:NASA

根据NASA的描述, Terrain relative navigation 是这样工作的:

  • 轨道器绘制了着陆点的地图,包括已知的危险。
  • 漫游车将该地图储存在其计算机 “大脑 “中。
  • 在降落伞上下降时,漫游车对快速接近的地表进行拍照。(图中1)
  • 为了弄清它的方向,漫游车迅速将图像中 “看到 “的地标与它的车载地图进行比较。(图中2)
  • 如果它正朝着直径达约985英尺(300米)的危险地面前进(大约相当于两个并排的职业棒球场的大小),漫游车可以改变方向,转向更安全的地面。(图中3)

为什么相对地形导航很重要? 因为一些最有趣的探索地点位于棘手的地形中。这些地方有特殊的岩石和土壤,可能保存着火星上过去微生物生命的迹象。

到目前为止,这些潜在的着陆点有很多都是禁区。由于在具有挑战性的地形上着陆的风险太大,因此 过去的火星任务,99%的潜在着陆区域(着陆椭圆)都避开了危险的斜坡和岩石 ,以确保安全着陆。有了相对地形导航技术,探测器可以在更多,也更有趣的着陆点着陆,而风险却大大降低。

火星表面任务

毅力号火星车 来源:NASA

着陆之后,开始干活, 采集样本

毅力号比之前的好奇号*做了很多的创新。

摄像头(camera) :摄像头增加到23个,且可以彩色成像,视野更广;手臂前置的摄像头可以使手臂运动更精准,火星车内部的摄像头可以拍摄采集到的样本的图像。更有趣的是,在毅力号上,不仅有摄像头,还第一次安装了麦克风,人类可不满足于只是接触,我还要听到你红色星球的心跳声。

图片 来源:NASA

移动能力(mobility system) :在没地图、GPS的火星上,自动驾驶(self driving)似乎是火星车的必备技能。毅力号不仅在速度上是好奇号的三倍,在性能上采用了独特的轮子能够适应更复杂的地形。更重要的是,它可以通过可视化计算技术VCE (Vision Compute Element) 实现边思考边行动(thinking while driving),和前面提到的 相对地形导航 在着陆时的作用相似。火星车将拍摄照片并构建地图,分析照片中的障碍物或斜坡,预测前方的路径。

新能力(capabilities) :在上面的设备图中,SHERLOC 和 PIXL代表了火星车的最新战斗力, 让我们不仅能看到某个邮票大小区域的颜色和质地,还可以呈现有机物的化学组成,更好地捕捉一切具有生命特征的迹象。

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SHERLOC安装在火星车的机械臂上,使用光谱仪、激光器和照相机寻找被水环境改变的有机物和矿物,这些有机物和矿物可能是过去微生物生活的迹象。来源:NASA

样本超速封装(sample caching system) :这个技术可以让采集样本的管子内部保持绝对清洁,这里的干净不是说瓜果无残留,而是指管子内无微生物(microbial) 存在。为的是保证当管子返回地球的时候,能够保证这里面的物质一定是纯火星来的(没有掺杂任何地球物质)。

好奇号是一辆美国宇航局火星科学实验室辖下的火星探测器,主要任务是探索火星的盖尔撞击坑。好奇号在2011年11月26日北美东部标准时间10:02于卡纳维拉尔角空军基地进入火星科学实验室航天器,并成功在2012年8月6日协调世界时05:17于伊奥利亚沼着陆。

NASA是怎么做科普的

最后我们来聊聊NASA是怎么做科普的。

NASA: 你应该知道毅力号要去火星干什么 天问一号: 我不确定你应不应该知道我要干什么

火星版以你的名字呼唤我

NASA的毅力号上天,虽然没有在朋友圈看到谁在谈论,但是Twitter上到处都是###。NASA在全世界范围内收集 #火星倒计时 的祝福短片,并且发起了 #把你的名字送到火星(Send your name to Mars) 的船票活动,虽然只是名字去但依然很激动啊。

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杰西的船票(也想申请船票请后台回复:MARS)。来源:NASA

火星和孩子,我都要

直播的最后环节是问答,世界各地的观众可以通过打电话或推特留言问问题,这期间有个小细节让我印象很深,有个场外观众提了一个问题给美国喷气动力实验室NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL)项目总负责人Jennifer Trosper。

观众:作为三个孩子的母亲,你更偏爱毅力号还是孩子们?

从这个问题,其实可以感受到一种暗示:科学家为了这次任务付出了多少,可能牺牲了多少家庭的时间等等,但是没有什么煽情的,Jennifer大大方方的开玩笑,

“我可能更偏爱上一个rover(火星车),因为那个任务让我遇到了我丈夫,才让我有了这一切。” “毅力号当然和孩子们一样重要,因为它寄托了部分 who I am,以及我希望这个世界是什么样子的。毅力号将是变革性的,它第一次让人类能够采集火星记忆的碎片,并带回我们自己的星球。”

「毅力」号名字的由来

图片来源:BBC

「毅力号」这个名字,是NASA在美国发起了一场面向K-12年级的学生(从幼儿园到17-19岁)作文竞赛中产生的。像之前的火星车Spirit和Opportunity以及好奇号(Curiosity) 的命名都是这么来的。

NASA从收集到的28,000篇小作文中选出了9个,然后让大众投票决定最终的名字。最终,弗吉尼亚州13岁的小学生Alexander Mather的命名「毅力」从清晰、勇气、耐力、坚韧、智慧、毅力、承诺、坚韧和远见 (Clarity, Courage, Endurance, Fortitude, Ingenuity, Perseverance, Promise, Tenacity and Vision) 中脱颖而出。

(害,又学到了9个拍马屁的好词儿)

我猜这个孩子应该对火星车很熟悉了,并且这个经历也极可能影响他之后的生活和梦想。写到这里,想到昨天小佳姐发给我的一张图,再想想我们的科普真是。。。

任重道远啊。

图片最后想说,这篇是昨天看完直播后即兴写完的,没有延展太多细节,也可能有翻译错误。

但因为深知自己如果拖延就会一直拖下去了,而且写作就是抓住留在这一刻的感受,所以还是先发出来啦~也欢迎大家来给我科普天问号的相关以及好图!!

我还做了一个 毅力号 的宣传片混剪,在公众号中可观看。Enjoy ;)

(完)  

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“The void I saw in the future was no longer a liability, but the greatest opportunity.”

Written by Jessie LI
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