7 月 30 日美国「毅力号」火星探测器发射成功，此次任务有哪些难点和亮点？ 第1页
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热热闹闹出发，风风火火探火！3个探测器，一起在火火的路上！
2020年7月30日19:50，美·火星2020“毅力”号探测器（火星车）和“机智”直升机，在美国卡纳维拉尔角发射场41#发射台由联合发射联盟ULA的宇宙神Atlas V 541运载火箭托举升空！助推分离正常→抛整流罩成功→一二级分离成功→半人马座第一次、第二次点火成功（速度11.07公里/秒）→器箭（半人马座）分离成功，初始轨道进入正常，毅力号奔赴火星喽！
之前，阿联酋的希望号以及我国的天问一号已经相继出发。美·毅力号奔赴火星的旅途时间和天问一号大致相同，大约七个月的时间。将于2021年2月18日降落在火星的Jezero陨石坑中，以寻找生命迹象，探索火星的地质地貌。
1、这是2020年进行ULA的第四次飞行；ULA的第139次飞行；2020年Atlas V的第四次飞行；Atlas V 的第85次飞行。自1957年以来，第667项Atlas计划。
Atlas V 541构型，是指“5米整流罩+4个固体助推器+1个半人马座RL10发动机”。
2、飞行后，首先由Aerojet Rocketdyne制造的四个固体助推器将与Atlas V的俄罗斯制造的RD-180主发动机结合工作。然后，Atlas V半人马座的一台RL10发动机将以相对速度每秒11公里的速度使火星2020航天器摆脱地球引力，运送到轨道上。火星2020航天器重约9000磅（4.1吨）。整个发射时的整箭重量约为117万磅（531吨）。
值得一提的是，从NASA探索火星开始，经过Atlas V 发射的火星探测器任务最后都成功了，100%成功率。
3、飞行过程
这项耗资27亿美元的任务定于2021年2月18日到达火星并着陆。轨道当然是霍曼转移轨道啦！上世纪20年代的发明，一直是星际探索的金轨道标准设计！
4、毅力将降落在哪里？
毅力号将在2021年2月降落在Jezero Crater。杰泽罗（Jezero）是巴尔干语中的湖泊，因其曾经拥有生命的可能性而被NASA选中。顾名思义，火山口曾经被水淹没，这在远古时代可能有生命存在。
5、进入火星的下降和着陆顺序（关键7min）
– 10:00分离；+ 00:00 毅力号开始进入火星大气层；+ 01:20 隔热罩承受的最大热量约为2100摄氏度；+ 01:30 飞行器经历最大减速度。在仅2.5分钟的时间内从21,200 km / h（13200mph）降至仅1600km / h（1000mph）。 + 04:00 在9至13公里（6至8英里）的高度，降落伞展开。+ 04:20 隔热罩分离并抛向火星表面。然后，雷达地面系统启动并开始扫描火星表面以寻找合适的接地区域。 + 05:30 释放，毅力号在着陆发动机点火之前开始短暂的自由落体。+ 05：XX在21米（70英尺）的高度上，火星车和与着陆平台分离，并通过3条尼龙绳轻轻降落到地面。此时，飞船的速度已降至仅2.7 km / h（1.7 mph）。+ 05：XX 毅力号着陆在火星表面。然后，着陆平台和空中吊车飞走，然后以安全距离坠毁。此后，毅力号正式开始执行火星探索任务。
这次任务将利用一些新技术，例如：
- 着陆系统包含全新的地形相对导航系统。该技术允许毅力号在下降过程中扫描地形并将其与轨道图进行比较，并在必要时转向更安全的着陆区。（天问一号也有）
- 上面的系统还具有一个范围触发器，它将确定降落伞何时应打开。这将会使毅力号能够更靠近最佳的着陆点，从而节省了宝贵的时间，否则这些宝贵的时间就会行驶途中。
- 继续使用了空中吊车系统。首先，这样做可以尽量的保持火星的原始地形地貌，避免缓冲火箭对地面造成的侵蚀。其次对落点的精度要求不是那么的高，可以提供更大的着陆误差范围。还有就是可以减轻重量和减低复杂性。例如可以省略使用着陆器方案中的着陆腿、向下倾斜的释放坡道等设计。
- 毅力号配置了一套监视EDL过程状况的摄像系统。包括：多个降落伞“仰视”相机、1个下降级“俯视”相机、1个毅力号“仰视”相机和1个毅力号“俯视”相机。系统还包括1个麦克风，用于捕获EDL期间的声音，如多个下降发动机启动时的声音。这样，我们就可以真实的欣赏什么是“恐怖7min”了！！
6、毅力号及科学载荷
有效载荷由毅力号火星车和机智号直升机两大部分构成。毅力号是迄今为止运送到另一个星球的最复杂，技术最先进的硬件。与“好奇号”（于2011年11月26日发射，仍在火星表面工作）相比，两者形状/尺寸相当，毅力号大约3米长，2.7米宽和2.2米高，重量毅力号略重约126公斤（278磅）。但“毅力”的载荷更先进、更专注于样本采集以供将来返回地球。共7个载荷，具体见下表：
- （1）桅杆变焦相机系统（Mastcam-Z）；
- （2）超级相机（SuperCam）；
- （3）X射线岩石化学行星仪器（PIXL）；
- （4）紫外拉曼光谱仪（SHERLOC）；
- （5）火星氧气就地资源利用实验模块（MOXIE）；
- （6）火星环境动态分析仪（MEDA）；
- （7）火星地下实验雷达成像仪（RIMFAX）；
机智号直升机
毅力号有个小伙伴：机智号无人驾驶直升机。这将是人类第一次在另一个行星上进行飞行。重量仅为1.8千克（4磅），有几个主要目标：
- 展示在火星稀薄的大气层中进行动力飞行的能力
- 演示在另一个天体上小型飞行的技术
- 完全自主经营
主要特点
- 独立充电，并由太阳能充电、供电；
- 以最大1 km的半径与毅力进行通信，然后毅力号将信号中继传回地球；
- 两个碳纤维反向旋转的叶片（1.2米长），在稀薄的大气中提供升力；
- 配备一台颜色和一台黑白相机。
7、毅力号的通信
毅力号三种通信形式：
- 超高频天线，到中继链路的传输速度为每秒2兆比特的超高频天线。
- X波段高增益天线，使用具有可控波束的X波段高增益天线以每秒160-500比特的速度将数据直接传输到地球。
- X波段低增益天线，将主要用于接收信号。由于它每秒只能传输10位，因此不会用于传输图像或任何大小的文件。
NASA JPL负责管理支持美国深空探测任务的DSN。DSN为NASA的所有星际探测器提供无线电通信，还用于射电天文学和太阳系的雷达观测。Mars 2020任务同样也使用DSN。DSN是一个全球分布的天线网络，由地球表面3个相隔约120°的深空通信地面站组成，分别位于美国加利福尼亚州莫哈韦沙漠的戈德斯通、西班牙马德里附近和澳大利亚堪培拉附近。该部署建站方式可在地球自转情况下，与远在深空的星际探测器持续通信。与之前的火星着陆器和火星车一样，Mars 2020任务依赖于绕火星轨道运行的航天器，也即火星轨道器，将数据从火星地面上的火星车中继转发到DSN的地面天线上。美国DSN的大型天线提供与火星探测器和太阳系其他天体的双向通信。
8、火星 2020·毅力号的任务目标
• 科学目标：
（1）记录火星的地质地貌及探寻着陆地区的和地球生物学有关的火星古代环境和地质多样性证据，确定火星上是否曾经存在生命。Mars 2020 任务的“毅力”火星车的任务重点是研究火星表面环境，在古代火星环境中形成的岩石样品中寻找保存下来的生物迹象，这些岩石环境可能有利于微生物生存。这是人类第一次旨在寻找过去微生物生命迹象的火星车任务。在这之前的火星车任务是确认火星曾经有过宜居条件。科学家们确定的Mars 2020 任务着陆点的环境条件，可能包括曾经流动或竖立的岩石层。
（2）寻找过去可能存在微生物生命的古代宜居环境的证据。陨石坑和山脉中的岩层包含了火星过去的地质记录。
（3）研究岩石以揭示更多关于随着时间的推移创造和改变火星地壳和表面的地质过程。火星表面的每一层岩石都记录了它形成时的环境。火星车寻找在水中形成的岩石的证据及其保存有机物的证据。
（4）为人类探索做准备。
·工程目标
- 为人类将来探索火星、驻留火星的工作做出预先贡献。 最优先的目标为：
1. 二氧化碳收集和催化为氧气的试验，以供未来的驻留技术使用。尽管MOXIE每小时仅产生10克氧气，但它是在另一个世界上将CO2转化为氧气的重要的首次尝试。
2. 火星大气粉尘的大小和形态特征，了解其对地表系统对人类健康的影响。
3. 火星地面天气测量以建立火星大气模型。4.测量火星地表温度，利用直升机测试升力条件。 - 在主要任务期间，必须能够在至少两个科学意义上不同的区域执行任务；
- 寿命至少 1 个火星年（669 个火星日，687个地球日）
- 毅力配有43个样品收集容器，其中至少要使用20个。该飞船还具有五个“见证管”，用于在钻取样本过程中捕获分子和特定污染物。
- 满足对样品的有机和生物污染的严格约束要求。
9、供电
毅力号与好奇号的电源一样，都是45公斤的“多任务放射性同位素热电发生器”或MMRTG。MMRTG将自然放射性衰变产生的热量转化为电能。该电源系统为毅力号的两个主电池充电。MMRTG产生的热量还用于毅力号的系统热管理工作，即保障毅力号的设备和系统始终处于适宜工作的温度条件下。一对锂离子电池将与MMRTG配合使用，以帮助应对高峰需求。当产生过多的电量时，电池将被充电；当毅力号消耗的能量超过MMRTG产生的能量时，电池将开始供电。
MMRTG发射时约110瓦，每年下降百分之几。MMRTG的14年工作寿命为2020年火星任务的687地球日的主要任务持续时间提供充足冗余备份。
这是个多么不可思议的时代，人类一下子有3个探测器飞赴火星，天问一号、毅力号着陆火星的过程、探索火星的过程都是那么的令人期待，加油，坚持，7个月后，牛年里，你们必将在火星的表面，为了人类未来的家园而辛勤工作，祝顺利！
文字：Space Doctor
tian-feng-13-36 网友的相关建议:
本文作者：不会游泳的鱼，本网授权发表，全文约一万字
伴随着宇宙神5号火箭的轰鸣声，NASA今年最重要的深空探测任务——“毅力号”核动力火星车紧随我国的“天问一号”探测器，踏上了奔向火星的路途。后续的火星着陆（EDL）“暗战”将在中美之间展开，恰似当今世界形势，可见航天是国家实力的延伸之言不虚。美方选手是经验丰富的喷气推进实验室（JPL），中方选手是在火星探测上初露锋芒的中国航天科技集团。正所谓知己知彼，今天我们就好好聊聊NASA的毅力号。
1 概述
美国于东部时间2020年7月30日，由“宇宙神-V”火箭执行“火星2020”发射任务。如果本次任务成功，“火星2020”[本次任务名称为“火星2020”（Mars2020），携带的火星车名称为“毅力号”（Perseverance）]将是美国火星探测史上第9次火星着陆任务（不含1次失败任务），其携带的“毅力号”是美国第5辆火星车。回顾火星探测发展历程，“毅力号”是继“索杰纳”（1996年）和“勇气号”/“机遇号”（2003年）之后，与“好奇号”同属美国第三代火星车，其发展历程大致经历了如下几个阶段：
（1）第一阶段（1970年-1980年）：该阶段典型的探测器为“海盗-1/-2”。“海盗”号成功完成了软着陆任务，在火星表面持续工作分别超过了3年和6年，拍摄了上百张照片，进行了气象测量，完成土壤取样和土壤分析，所有这一切都是20世纪70年代令人瞩目的成就。不仅如此，它70度半锥角气动外形、气囊式着陆技术、降落伞技术为美国后续的着陆任务奠定了坚实的基础。
（2）第二阶段（1990年-2010年）：“火星探路者”是该阶段首个成功的火星表面巡视任务。虽然携带的火星车——“索杰纳”质量只有10.5kg，但是它在将技术与科学目标相结合，着陆器与漫游车相结合方面取得了巨大的成功。进入新世纪后，另一个探索项目也取得了举世瞩目的成就，即“勇气号”和“机遇号”。它们表现十分出色，最初设计寿命仅为90火星日（24小时39分钟，和地球基本一样），行程600m，然而“勇气号”工作到2010年，在火星表面工作了2208个火星日。“机遇号”竟然持续工作到2019年，在火星表面工作长达5352个火星日。
（3）第三阶段（2011年-至今）：“好奇号”是继“索杰纳”和“勇气号”/“机遇号”之后第三代火星车，标志着人类火星表面巡视任务由百公斤量级进入了上千公斤量级。“毅力号”将为未来火星取样返回和载人登陆火星奠定基础。“火星2020”是美国国家研究委员会（NRC）在“十年调查”报告中推荐的最高优先级的旗舰型任务。本文将从科学目标、探测器方案，以及任务阶段等几个方面详细阐述“火星2020”任务。
2 任务目标和着陆点
2.1 任务目标
“火星2020”任务主要包括以下四大科学目标：
（1）寻找火星存在生命的迹象探索火星远古时期环境，进一步揭开火星地质演变过程与地质历史之谜，并评估火星的宜居性。重点研究火星表面环境，在远古时代火星环境中形成的岩石样品中寻找保存下来的生物迹象，这些岩石环境可能有利于微生物生存。这是人类第一次旨在寻找过去微生物生命迹象的火星车任务。
（2）寻找潜在的生物标记物评估生物标记物保存的可能性，并寻找可能的生物标记物，可以帮助确认火星是否存在过生命。生物标记物是由生物作用产生的物质或痕迹，例如几乎不可能在没有生命存在的环境下形成复杂的有机分子。生物标记物不可能孤立地出现，一般会和相关的环境紧密联系在一起，因此寻找生物标记物也对评估环境有着重要的作用。
（3）为获火星采样返回做技术积累通过轨道探测和原位探测，大大加深了对于火星的认识，但是一些非常重要的科学问题，如精确定年、寻找生命、重建环境演化历史（地表、水下、还原、氧化）和地质事件（火山灰的沉降、熔岩流动、断层活动、岩脉充填），都需要通过对带回的样品进行深入的研究才能解决。然而火星采样返回是一项非常具有挑战的任务，基于经费和技术的限制，“火星2020”任务只是整个采样返回任务的第一步，验证新的技术，并为带回样品的后续任务提供技术积累。
（4）为载人火星探测做好准备“火星2020”任务主要从以下3个方面支持未来载人火星探测任务：1）任务设计，如通过对火星大气密度和风的研究改进现有的火星进入、下降和着陆技术等；2）人员的生命安全，如行星际航行和火星表面的辐射、有毒物质（如尘埃）或可能的地外生命的威胁；3）任务的实施，如避免污染火星的特定区域，以及避免火星尘埃导致电子设备的故障等。
2.2 着陆点的选择
经过3次着陆区选择研讨会，从上百个候选着陆区遴选出3个：Jezero撞击坑、NESyrtis与ColunmbiaHills（Gusev），分别代表了可能的湖泊环境（Jezero）、地下热液环境（NESyrtis）和地表热泉环境（ColunmbiaHill），都很可能孕育过生命。最终，杰泽罗（Jezero）陨石坑（18.8°N，77.5°E）胜出。Jezero位于大瑟提斯（SyrtisMajor）火山的东部，直径约45km，在远古时期很可能是一个湖泊。汇入其中的河流经过了大面积区域，携带了不同地区的沉积物，在撞击坑内堆积形成了两个三角洲，并出露了非常明显的层状沉积结构。
3 “火星2020”探测器设计方案“
火星2020”探测器系统由巡航级、下降级、减速器和火星车等组成，此外还包括一架用于技术验证的火星直升飞机。
3.1 进入、下降及着陆（EDL）系统
“火星2020”的进入、下降及着陆（EDL）沿用了“好奇号”的三级减速（气动外形减速、降落伞、反推发动机）+空中吊车缓冲的着陆方式。结构上包括：气动外形减速器、降落伞、下降级，以及空中吊车。气动外形减速器由一个背罩和隔热罩组成，可以保护火星车免受进入火星大气层时所经历的高温。下降级通过反推发动机减速，并将火星车安全送到地面。
3.2 “毅力号”火星车
“毅力号”是美国火星探测历史上第5辆火星车，之前分别是：“索杰纳”（1996）、“勇气号”/“机遇号”（2003）、“好奇号”（2011）。从质量上来看，大小和“好奇号”相当，尺寸为3m*2.7m*2.2m，“毅力号”质量约1025kg（含机械臂45kg），机械臂长约2.1m。从性能上来看，“毅力号”和“好奇号”属于同一代火星车，相比“索杰纳”和“勇气号”/“机遇号”有了很大的提升。移动系统：“毅力号”的移动系统继承了传统的六轮摇臂-转向架火星车结构，这种设计因其卓越的稳定性和障碍攀爬能力而成为成熟的机动装置应用方案。早在“索杰纳”开始，JPL就设计了这种移动结构，“勇气号”和“机遇号”在性能上做了改进，“好奇号”和“毅力号”则沿用至今。与“好奇号”一样，轮子采用轻质铝合金材质，都专门设计了凸起的花纹以适应为火星崎岖地形，但比“好奇号”的更窄、更高。
为了确保火星车能够在极端环境下工作（如火星沙尘暴），“毅力号”沿用了“好奇号”的多任务同位素热电发生器（MMRTG）。在任务初期，MMRTG可产生110W的能量。此外，还配备了2个锂离子储能电池。
在巡航段期间的前2个月，“火星2020”利用位于气动外形背罩上的低增益天线（LGA）与地球进行通信。随着飞行距离逐渐远离地球，则改用巡航级上的中增益天线（MGA）对地通信。在EDL阶段，采用的是3个UHF天线通信中继通信。在进入火星大气层前几分钟，安装在背罩上的UHF天线开始工作，直至背罩与下降级分离；之后，安装在下降级上的UHF天线开始工作；到达火星表面后，“毅力号”火星车上的UHF天线开始工作。在着陆期间，UHF天线将数据传输至在轨的MRO和MAVEN轨道器，MRO再将EDL数据实时传输至地面站。与此同时，EDL期间还采用X波段低增益天线对地直接通信。EDL开始时，位于背罩上的PLGA开始工作；当进入火星大气层执行进入制导模式时，位于背罩上的TLGA天线开始工作；当背罩分离后，下降级上的DLGA开始工作。
机械臂：与“好奇号”类似，“毅力号”的机械臂长约2m。在机械臂的末段，安装了一个机械臂手（Turret）。然而，由于携带了2台科学仪器（SHEROLC和POLX，详见3.2节）和1台用于近距离成像的相机，“毅力号”的机械臂手更重（约45kg）。样本获取、存储及封装。机械臂手具有更强大的岩石钻取功能，可将岩石样本收集在样本管（SampleTube）内。再将封装好后的样本管安放在样本缓存装置（Cache）中。之后，将样本缓存装置存储在在轨容器中（OrbitingSampleContainer），择机返回地球。
视觉系统。“毅力号”是迄今为止携带相机数量最多的行星际探测任务，共携带了23台相机。其中，19台安装在火星车上，3台安装在背罩上，1台安装在下降级上，2台在火星直升机上。
- 火星车相机包括：其中9台工程相机（彩色）；3台EDL相机（1台地形相对导航黑白相机，2台彩色EDL相机）；2台桅杆变焦相机；1台超级相机（彩色）；2台SHERLOC相机（彩色）；1台PIXL相机（具有部分彩色能力的黑白相机）；1台MEDA相机（黑白）；
- 背罩上的相机包括：3台用于拍摄降落伞展开的彩色相机（向上看）；
- 下降级上的相机包括：1台从下降级上拍摄火星车的彩色相机（向下看）；
- 火星直升机相机：1台彩色地形成像相机，1台黑白导航相机。
3.3 火星车上的科学仪器
“毅力号”火星车携带了7台科学仪器，质量约为59kg，在火星上进行前所未有的科学和技术试验。下图展示了科学仪器的部署位置。
（1）桅杆变焦相机（MastCam-Z）
桅杆变焦相机（MastCam-Z）是“毅力号”火星车的主成像系统，它具有全景和三维立体成像功能，并且具有变焦功能，可远距离对火星表面物体进行变焦放大。两个桅杆变焦相机（MastCam-Z）安装在“毅力号”火星车的桅杆上，距离火星表面高度约2m，两个相机间距24.2cm，用于提供立体视觉成像。该相机主要技术参数如下表：
桅杆变焦相机（MastCam-Z）具有强大的视觉成像功能。其主要特点有：1）它能挑选出保存了火星过去生命迹象的岩石，能够协助科学家分辨出哪些岩石应该钻取，哪些需要暂时存储（Cache），哪些应该返回地球。2）它还能勘查火星车周围岩石及土壤的特质，帮助我们寻找生命的迹象。3）科学家可以利用MastCam-Z寻找火星远古时期湖泊、河流等与水相关的特征。4）由于具有出色的变焦功能，MastCam-Z视觉成像功能相当强大。5）“毅力号”同样继承了“好奇号”360度彩色三维成像的自拍功能。
（2）火星环境动态分析仪（MEDA）
火星环境动态分析仪（Mars Environmental Dynamics Analyzer, MEDA）是一整套用于测量和监测火星表面风速、风向、温度、相对湿度、压力，以及火星大气尘埃粒子大小和数量的传感器。
火星环境动态分析仪（MEDA）将提供：火星每日天气变化报告、火星辐射，以及火星风向和风速变换等信息，这将为载人登陆火星做好准备。其主要任务有：1）研究火星尘埃环境。2）辅助预测天气。3）测量火星辐射。4）测量水蒸汽。5）MEDA将显示火星尘埃及天气如何对“毅力号”火星车的性能产生影响。
（3）火星氧气原位资源利用试验（MOXIE）技术演示
为了为未来载人探测火星做准备，NASA在“毅力号”火星车上搭载了MOXIE，用于在火星大气中制备O2，作为未来航天员往返火星与地球之间的火箭推进剂燃料，以及火星表面生保系统所必须的O2。
MOXIE只是技术演示验证设备，其大小只是相当于电动汽车的电池。然而，未来满足载人火星任务的氧气制备系统将是MOXIE的100倍。
（4）X射线岩石化学行星仪（PLXL）
X射线岩石化学行星仪（PLXL）由X射线荧光光谱仪和高分辨率成像仪组成，用于绘制火星表面材料的精细元素组成图。X射线光谱仪用于识别极小微粒的化学物质，高分辨率成像仪用于拍摄岩石和土壤特征。PLXL将提供比以往更详细的化学元素检测和分析能力。
PLXL主要功能是寻找火星远古时期生命的迹象，它不但灵巧轻便，而且功能强大。其主要特点有：1）PLXL的X射线可以聚焦在小到一粒盐大小的岩石上，并能分析出其岩石特征，从而找到任何可能残存的微生物生命迹象。2）PLXL性能远超同类仪器，可以检测多达20余种的化学物质成分，即便含量只有百万分之几，它仍能精确地找到岩石中每种化学物质成分。
（5）火星亚表层雷达成像仪（RIMFAX）
火星亚表层雷达成像仪（RIMFAX）将提供厘米级火星亚表层地质构造特征成像。
火星亚表层雷达成像仪（RIMFAX）是NASA首个测量火星亚表面雷达探测器。它将揭开火星亚表层地质构造。此外，探测火星10m以下的亚表层水、冰。
（6）利用莱尔曼及发光原理探测宜居环境中有机物和化学物质（SHERLOC）光谱仪
SHERLOC光谱仪主要用于探测矿物、有机物和潜在微生物。一台高分辨率彩色相机用于火星表面显微成像；绘制矿物学和有机化合物图。
（7）超级相机（SuperCam）
超级相机（SuperCam）是一个遥感载荷，包含有遥感光学测量和激光光谱仪，可以提供远距离成像（最远7m）、化学成分分析和矿物学机理分析。包括4个光谱仪：激光诱导剥蚀光谱仪、拉尔曼光谱仪、时间分辨荧光光谱仪、可见光和红外反射光谱仪。同时，SuperCam的激光能够清除样品表面的灰尘，从远距离获取灰尘下的表面物质信息。该载荷还含有彩色远程微成像仪，能够获取高分辨率的样品影像。
3.4 “灵巧号”火星直升机
（1）主要目标“灵巧号”火星直升机是一项技术演示验证项目，也是首次在火星稀薄大气中进行技术验证飞行。“灵巧号”的主要目标是：1）在火星稀薄的大气层中验证有动力飞行的可行性。2）利用微型电脑、电子设备和其他部件验证微型飞行技术。3）在接收到由“毅力号”火星车中继通信指令后，“灵巧号”每次试飞都是在没有地面任务控制人员实时控制的情况下进行的，从而验证自主工作的可能性。
（2）火星直升机构型“灵巧号”是一架可自由飞行的飞行器，质量约1.8kg，高0.49m。两片反向旋转叶片，长度为1.2m，转速2400rpm。机身尺寸为13.6*19.5*16.3cm，四条支腿长约0.384m，直升机机身离地面0.13m。“灵巧号”使用太阳电池翼供电，储能电池为锂离子蓄电池。在一个火星日中，可飞行90s，飞行期间平均功率350w。机身布局见下图。
“灵巧号”安装有一台中央计算机、惯性测量单元（IMU）、激光高度计、倾斜仪、加速度计和陀螺，所有这些设备都被封装在方形的绝缘体机身中。“灵巧号”携带了2台成像系统：1台30万像素的宽视场全景导航相机，用于跟踪直升机的位置；1台1300万像素的彩色相机，用于捕捉最低点到高于地平线的表面。2台成像系统安装在都在机身底部（沿名义飞行方向的垂直方位）。
（3）火星直升机的展开在展开飞行前，直升机以折叠状态部署在火星车的底部。在着陆后50-80个火星日后，当地面操作人员选择好合适的展开地点，直升机将会在光滑、平坦、岩石相对较少的区域展开。火星直升机的展开地点要求不小于10m*10m的区域，因为直升机还需要进行3次着陆。此外，必须对直升机展开区域的斜坡和岩石进行准确的测量。尽管在轨数据没有足够的分辨率来评估这些需求，但可用的数据表明，在Jezero陨石坑内应该有相对较多的平坦和岩石较少的区域。当直升机展开后，火星车将驶入安全区域，对直升机进行拍照。
（4）火星直升机的工作在飞行期间，直升机将通过基站与火星车通信，并拍摄表面图像。通过直升机的运动可以获得立体图像。地面操作人员使用着陆前获得的图像来定位直升机的相对位置，为下一次飞行做准备。飞行期间获取的数据存储在直升机的非易失性存储器中，之后再传输到火星车上，再由火星车中继通信传输给地球。按计划，直升机在一个月内将执行5次飞行试验，飞行难度一次比一次复杂。在执行下一次飞行任务前，太阳能电池翼将为锂离子蓄电池充足电。直升机拍摄的图像，可以与在轨高分辨率图像和火星车拍摄的图像相互参照，重新规划飞行路径。火星直升机还提供了另一种独特俯视图像，用于研究火星地质和地貌，其分辨率介于在轨高分辨率图像和火星车图像之间。
4 “火星2020”任务阶段
4.1发射及巡航段
本次任务的发射窗口为2020年7月20-8月11日，由“宇宙神-5”541在卡纳维拉尔角空军基地发射升空，预计着陆时间为2021年2月18日。发射之后，将经历约213天的地火巡航。巡航期间将执行3次轨道修正机动，在最后抵达火星的前45天，将执行2次轨道修正机动。
4.2 进入、下降及着陆段（EDL）
4.2.1 EDL过程
EDL阶段从进入火星大气层顶部开始，直至火星车安全着陆到火星表面结束，历时7分钟。整个EDL过程包括大气层进入段、降落伞减速段、动力下降段、空中吊车段，详见下图。大气层进入段：初始进入阶段环境变化快，不确定因素多，在很大程度上决定了着陆的成功与否。该阶段最关键的因素是高精度的制导导航与控制。在进入段，沿用了“好奇号”的进入制导技术，即通过控制滚转角改变升力方向，达到控制飞行轨迹的目的。在进入大气层前10分钟，与巡航级分离。之后，巡航级质量配平装置分离。进入开始约80s后，达到峰值温度。
降落伞减速段：降落伞下降段的难点在于低密度、超声速条件下的开伞。降落伞在超声速条件下存在开伞困难、开伞不稳定、阻力系数下降等问题。“火星2020”采用了一项新技术——距离触发（RangeTrigger），用来精确计算降落伞展开时间。“火星2020”降落伞在进入后约240s后开伞，展开后直径约21.5m，此时距离火星表面高度约为9-13km，速度约420m/s。降落伞打开后20s，热防护罩分离。此时距离火星表面高度7-11km，速度约160m/s。355s时，测高雷达开启，着陆视觉系统工作，此时距离表面4.2km。之后背罩分离，高度约2.1km，速度下降到80-110m/s。
动力下降段：在动力下降段，下降级上8个着陆发动机点火。下降速度由110m/s下降到0.75m/s，高度由2100m下降到20m。动力下降段状态变化比较平缓,导航测量信息多且精度较高,影响着陆精度的主要是制导控制精度。空中吊车段：410s后进入空中吊车段，该阶段沿用了“好奇号”空中吊车技术，这种技术相比气囊和支腿式着陆具有很多的优势：一是两个机体结构远离火星表面，最大程度减少表面接触；二是采用缆绳设计，着陆速度较低，着陆稳定性和冲击负荷优于其他着陆系统。空中吊车着陆过程：着陆操作开始后，下降级保持0.75m/s的下降速度，同时以0.75m/s的速度释放缆绳和火星车。当吊索（7.6m）完全释放以后，继续保持0.75m/s的下降速度，直到火星车着陆（Touchdown），然后断开吊索，下降级飘离（FlyAway）。
4.2.2 EDL采用的新技术
在EDL过程中，除了沿用“好奇号”着陆技术之外，“火星2020”任务采用了距离触发技术、地形相关导航技术、火星EDL着陆仪器-2等新技术。
（1）距离触发技术距离触发（RangeTrigger）是“火星2020”任务采用的一项新技术，用来精确计算降落伞展开时间。在EDL期间，根据位置导航信息，自主更新降落伞展开时间。采用距离触发技术最大优势在于，能缩小着陆椭圆的范围。之前的火星着陆任务，着陆精度相对较低，要花几周甚至几个月的时间才能行驶到主要目标地点。距离触发技术可以将着陆椭圆区域面积缩小50%以上。基于该项技术，也可以使下一次火星着陆任务更接近样本缓存站点。以下图为例，红色椭圆表示采用距离触发技术的着陆椭圆，蓝色表示“好奇号”的着陆椭圆。从图中所示，着陆精度明显提高。
（2）地形相关导航技术地形相关导航技术（Terrain-RelativeNavigation,TRN）是一种创新的EDL技术。从科学目标而言，科学家最感兴趣的探测地点可能位于复杂的地形中，可能保存着火星上过去生物生命的迹象，然而从工程角度来看，可能对于着陆而言风险很大。很多潜在的着陆点都是无法进入的。采用距离触发技术，当在下降过程中探测到复杂地形，可以自主转向更安全的着陆区（见图15）。火星轨道器在轨拍摄了火星地形照片，并创建了包括已知危险在内的着陆点地图，存储在“毅力号”火星车的计算机内。在降落伞下降段，“毅力号”火星车会拍摄快速下降的照片，并将照片中的地标与存储在计算机中的地图进行快速比较。如果它正驶向直径约300m的危险区域，火星车可自主改变方向，在安全的区域着陆。
在之前的着陆任务中，EDL的估算误差大约为1-2km，在进入大气层期间估算误差增长到约2-3km。利用地形相对导航技术，“毅力号”火星车在降落伞下降段估算其的位置，误差精度可以提高到600m。
（3）火星EDL着陆仪器-2（MEDLI-2）火星EDL着陆仪器-2（MSL Entry, Descent and Landing Instrument）是在MSL任务的基础上开发的第二代传感器套件。“好奇号”上的MEDLI仪器只收集了防热罩（前罩）上的数据，MEDLI-2将收集防热罩（前罩）和背罩上的温度、压力和热等数据。一方面，这些数据帮助工程师验证设计的模型，以改进未来任务中的EDL系统。另一方面，MEDLI-2和火星环境动态分析仪（MEDA）测得的大气数据可以帮助了解火星大气密度和风，对于降低无人任务和未来的人类火星任务的风险至关重要。
4.3 表面操作段
“毅力号”火星车表面操作段是最具特色的，与之前的巡视任务不同，作为火星采样返回的首次任务，“毅力号”将采用“样本缓存”（Cache）的方式在火星表面开展工作。所谓的“样本缓存”，是指火星车在找到感兴趣的样本之后，将其存放在样本采集点，待下一次火星任务再将其带回地球。具体见下图：
红色*为火星车着陆点，蓝色为存在感兴趣样本的区域，位于中间的蓝色站点作为样品缓存点（在“毅力号”收集到样本后，存在此处）。在主任务期间，“毅力号”沿着白色实线行驶；在拓展任务中，火星车将沿着白色虚线前往其他感兴趣的区域，收集更多的样本。“毅力号”在火星表面操作段的主要工作目标是：一是寻找具有科学价值的岩石，这些岩石在火星远古时期微生物存在的环境下形成或演化而成；二是找到能够保存火星远古时期生命化学痕迹（生物特征）的岩石；三是从大约30个目标岩石和土壤（风化层）中钻取岩芯样品，并将它们临时存放在火星表面的缓存站点；四是验证火星ISRU技术，即从火星二氧化碳大气中生产氧气的技术，以支持未来的载人火星任务。具体工作步骤如下：（一）找到具有科学价值的岩石首先，确定有希望发现生命迹象的岩石目标，选择范围主要是那些在水中形成或被水改变的岩石（这些岩石中有希望发现有机分子，它们是构成生命体的主要化学物质）。一些特殊类型的岩石可以保存数十亿年的生命化学痕迹。除了这些特殊的岩石外，火星车还收集火山岩和其他岩石，以帮助建立随着时间的推移而形成的地质记录和环境变化记录。（二）收集岩石样本一旦科学家确定了感兴趣的岩石目标，“毅力号”火星车就会从中钻取出一个岩芯样品，在钻头的旋转冲击下，可穿透深至5cm。（三）岩石样品封装火星车将钻取的岩芯样品收集在样本管中（SampleTube）,并进行封装。每个样本管大约可存放约15g样本。（四）样本转运封装后的样本管临时安放在“毅力号”上的储藏架上，由地面任务管理人员决定何时何地将其转运到指定的样本存放地点。（五）样本缓存“毅力号”火星车将样本放在火星表面的同一位置（如上图中间蓝色位置），以便在未来任务中再次获取，并将其带回地球。“毅力号”火星车可以缓存超过30个选定的岩石和土壤（风化层）样品。在轨的火星轨道器（成像精度约为1m）将协助寻找样本位置。
5 结束语
人类火星探测经历了半个多世纪，取得过辉煌的成就，也有过痛苦的失败。随着科技的迅猛发展，火星不再是少数几个国家光顾的场所，越来越多的新兴航天国家也向往着这颗神秘的星球。今年我们也开启了首次独立火星探测——天问一号。后续的火星着陆（EDL）“暗战”将在中美之间展开，恰似当今世界形势，可见航天是国家实力的延伸之言不虚。美方选手是经验丰富的喷气推进实验室（JPL），中方选手是在火星探测上初露锋芒的中国航天科技集团。
如果中国此次任务成功，将成为世界上首个通过一次任务就实现火星“绕、落、巡”的国家，至此中国航天在火星探测上的技术水平将一步超越欧、俄（苏联）、日本、印度、阿联酋，直接靠齐美国。
如果美国此次任务成功，将继续巩固其在火星探测上的领先地位，更重要的是将为后续的火星采样返回任务拉开序幕，地球上的人类有望首次获得主动采样而来的火星样本。
火星之路从来就不是一番风顺，但人类探索未知的脚步从未停止。谨以此文，向全球的火星工作者致敬！预祝2020年火星任务取得圆满成功！
（全文完）
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好奇号的继任者，价值24亿美元的豪华火星车毅力号会给火星带去哪些黑科技？
御风而行的无人机、探索生命的神探“夏洛克”、火星上的“贝克街221号”、衣锦还乡（？）的火星陨石、致敬医护工作者们的蛇杖铝牌…这些是怎么回事？
2020年7月30日，NASA毅力号火星车搭乘宇宙神V-541火箭，从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射升空 [1]。继阿联酋的希望号、中国的天问一号之后，本届火星赛季最后一位选手，奔赴火星。
从各个角度来说，毅力号身上都满是前辈好奇号的影子，无论是外形、降落方式，还是探测目标、科学仪器，无不彰显着自己好奇号Pro的气质。而好奇号作为一个已经驰骋火星近8年的super star，它的继任者自然也给了我们许多难以言说的亲切感，仿佛一位认识很久的老朋友，在娓娓展示着人类对火星的探索是如何薪火传承的。
毅力号的目标是继续探索火星的地质和气候环境，寻找火星过去的微生物痕迹（详见：我们离火星生命还有多远？）。相比于好奇号，毅力号升级和替换了哪些黑科技？
御风而行
毅力号此行，最闪耀的明星可能是它携带的小型无人机机智号。
人类迄今为止有四种探测火星的方式：飞掠、环绕、着陆、巡视。（嘛…其他星球还有伴飞、采样返回和载人探测，不过考虑到一般都是伴飞小天体，小天体自转又很快，所以四舍五入也和绕飞差不多了）
而毅力号将尝试为人类带来新的探测方式：无人机探测。要知道别说是火星，人类在地球以外的任何其他星球上，都还没有飞过无人机呢，这是开天辟地头一遭。
用无人机探测其他星球有多么令人期待？在机智号还没有真正在火星上测试飞行过的情况下，另一艘无人机任务，NASA的蜻蜓号已经入选下界新疆界级任务，计划于2026年前往土卫六了。
但不同于有着稠密大气的土卫六或者有着一般般大气的地球，火星的大气可就太稀薄了。火星表面大气压仅有地球的0.6%，在这样的星球上开无人机，“飞起来”的难度要大得多。
而机智号的应对之法也很直接：自身尽可能轻小，桨叶尽量大，转速尽量快。整个机智号仅重1.8公斤，而桨叶总长达1.2米，转速高达2400转/分钟 [3, 4]。
作为测试机，机智号没有携带任何科学仪器（相机分科学相机和工程相机的），工作时间也不长：充电一天仅能满血飞行约90秒，飞300米远（也不少了，好奇号一年也就能走3公里…）。但它需要验证在一颗遥远星球上保温、充电、自主飞行、拍照等诸多技术，如果测试顺利的话，甚至能为毅力号侦查地形和规划路线。机智号计划飞行1-4次（注意：NASA不同资料中对仪器参数的口径其实略有差异，下同）。
机智号无人机飞行工作示意图。来源：NASA/JPL-Caltech [5]
如果机智号能成功完成测试，这将意味着人类探索其他星球的方式再次得到了拓展：探测器们将不仅能在固态星球上巡视驰骋，还将能在火星这样的有大气的星球上御风而行，用无人机开拓我们的探测视野。
生命“神探”
为了探寻火星生命痕迹，好奇号最大的法宝是腹中的一套强大的有机物探测装置，叫做火星样本分析仪（Sample Analysis at Mars），简称SAM（山姆）。机器臂采集到的火星固体样品，会被送入“山姆”之中，经过高温分解检测其中是否有复杂有机物。“山姆”是整个好奇号火星车上占体积最大，设计最复杂的仪器，也正是“山姆”相助，才让好奇号在火星发现了多种噻吩（C4H4S）、芳香族和脂肪族复杂有机物（详见：我们离火星生命还有多远？）。
而毅力号则启用了一套远程分析的仪器来探测有机分子和可能的生命痕迹——以名侦探“夏洛克·福尔摩斯”为名，这个仪器叫做夏洛克（全称“拉曼和荧光扫描宜居环境、寻找有机物和化学物质仪”，缩写SHERLOC）。夏洛克安装在毅力号机臂前端，包括一个紫外激光拉曼光谱仪和一个昵称“华生”的相机，可以协同工作，精细探测火星表面的矿物成分、有机分子和可能的生命痕迹 [6]。
“夏洛克”的仪器标定板也值得一提。许多送往火星的仪器都需要从地球带去标定物来校准，同时这些标定物在火星的极端温度和辐射环境下逐渐发生的变化，也能帮助我们了解火星环境的影响。
夏洛克携带了10件标定物，其中最具话题性的当属火星陨石Sayh al Uhaymir 008的切片。这颗来自火星的陨石是人类1999年在阿曼沙漠找到的，而这次，毅力号要送它回家了。
除了火星陨石，夏洛克的标定板中还有5种宇航服纤维和头盔材料，这些材料在火星环境下性能如何，会如何老化，这些都关系到将来的宇航员登上火星时的安危。这是人类首次将宇航服材料送往火星 [6]。
仔细观察夏洛克的定标板，还能发现左下角（放聚碳酸酯材料的）那格写着“贝克街221号”，真是偷偷把cue梗进行到底的节奏呀。今后毅力号所在的地方，就是火星上的“贝克街221号”吧~
火星制氧
去掉了好奇号的样本分析仪“山姆”（SAM），毅力号的“腹中”给另一个前所未有的仪器腾出了一点位置——火星原位制氧仪“莫克西”（Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment，MOXIE）。
莫克西从火星大气中收集二氧化碳，电解为氧气和一氧化碳，对氧气进行提纯之后，将一氧化碳和其他产物排回大气中。
火星大气约96%的成分是二氧化碳，而将来登陆火星探测甚至长期生活的人类更需要的，是赖以生存的氧气。如果能直接利用火星的二氧化碳来制备氧，那么将来的人类就不用千里迢迢从地球带液氧来火星，而是可以直接在火星生产氧，供日常呼吸和推进剂之用。想想就是一件激动人心的事！
莫克西这个缩写也别有深意，MOIXE意为“勇气、大胆、坚韧、富有冒险精神”，这也是NASA对这个探索性仪器寄予的期望。
强劲“手臂”
相比于好奇号，毅力号在外形上最大的调整是把更多重心放在了机器臂上。可以说，毅力号将是目前的火星车里最强的“独臂大侠”。
除了好奇号就有的钻头和相机，毅力号还把自己7大仪器中的2个都安装在了机器臂前端：一个是上一节提到的生命神探“夏洛克”，另一个则是可以探测岩石超精细化学组成的X射线荧光光谱仪（The Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry，缩写PIXL）。
PIXL的另一层含义是“像素”（pixel）的谐音，用以表现这个仪器将会如何“明察秋毫”。它不仅能探测出岩石含有的成分，还能像素级还原清晰地拍摄出这些成分的排列方式。
PIXL和夏洛克双剑合璧，可以帮助我们探测到火星上更可靠的疑似微生物遗迹。
此外，毅力号还升级了钻头：好奇号的钻头只能采集火星岩石和土壤粉末，而毅力号的钻头可以直接采集完整的岩芯，这有助于将来的人类分析到“无损”的火星岩石样品。这也将是人类首次采集到火星的岩芯样品。
采样返回先驱者
前辈好奇号探测火星生命的仪器“山姆”里，有一整套双层旋转木马一般的“试管套装”，这些“试管”，是好奇号分析样品的化学实验杯。
毅力号依然携带了一套“试管”，但这些“试管”只用于封装钻头采集的火星样品。
是的，毅力号此行完全放弃了好奇号甚至海盗号那样通过机器臂直接采集和接触式分析样品的模式，而是只负责样品的采集和封装：
毅力号钻孔采样和封装过程示意，来源：NASA/JPL-Caltech
之后，毅力号会把样品管转移到指定地点:
留待将来的火星任务拾取和送回地球，给人类亲手研究：
拥抱未来
作为手握人类全部八次成功的火星着陆探测荣誉称号的选手（苏联还有一次成功着陆但没能顺利开展工作的，算…半次吧），NASA对火星探测毫无疑问有着最多经验，也走在最前沿。既带着前辈们的经验，又有着最雄厚的资金投入，价值24亿美元的毅力号火星车显然还有太多细节值得深挖和学习，这不是一两篇文章能讲完的，有机会我们再展开讲讲。
例如，毅力号把好奇号原有的桅杆相机（Mastcam）和化学相机（ChemCam）升级为可缩放的桅杆相机（Mastcam-Z）和还能分析矿物和分子、拍摄彩色照片的超级相机（SuperCam）。
毅力号和我国天问一号火星车一样携带了次表层雷达，两个测地雷达将深入探测火星车沿途的地下浅表层结构和水冰分布。从没有过见识过巡视器测地雷达的火星，将一口气迎来两个。
毅力号携带了更多相机，足足有23个之多，浑身都是“眼睛”。
毅力号在好奇号的基础上更新了软件系统，设计了更坚固耐磨的车轮…
……
但总的来说，相比于升级装备和探索更多科学谜题，毅力号显然有更大的目标，也更具开拓性——不执着于用有限的资源获得尽可能多的科学成果，不计较一时一地的得失，而是真正着眼于将来。不管是机智号无人机，还是莫克西制氧仪，都是本次毅力号的“试验任务”，它们最大的目标是验证技术的可行性，为将来的载人火星任务铺路。而采集岩芯、封装火星样品，更是把更多“发现”的机会留给了未来，或许，是十年后的人类。
7个月后
毅力号的火星之旅计划在路上花费约6个半月，途中进行5-7次轨道修正。
一切顺利的话，毅力号火星车将于2021年2月18日登上火星表面的杰泽罗（Jezero）撞击坑。
（这里的“成功”仅按“成功着陆且顺利开展探测工作计）
这是一个古老湖泊的遗迹，有着三角洲流水地貌、丰富的火山熔岩产物和矿物沉积，是行星科学家们精挑细选出的可能孕育生命和保存生命痕迹的环境。核电池加身的毅力号设计寿命1个火星年（约2个地球年），当然，按照我们对以往NASA火星车的经验来看，不出意外的话它实际会工作更久。
即使不谈这些，光是7个月后的火星上空即将再现空中吊车黑科技这一项，想必早已让很多朋友们激动不已了。
更何况——还有NASA“带着你的名字去火星”的传统艺能呢！届时，又会有1093万个被装在小小的芯片里的地球人名字，和毅力号一同登上火星表面了[12]。
不过除了这些，毅力号此行还在火星车底盘左侧安装了一块8×13厘米的铝牌，画面是代表医学的阿斯克勒庇俄斯之杖顶起地球，其上是探测器飞出地球，去往更遥远的星球。这块铝牌意在致敬和感谢全世界的医护工作者们在新冠疫情期间的伟大奉献，正是有ta们在守护地球，人类才能不断探索更遥远的地方。
看见这块铝牌在哪里了么？
至此，本届火星赛季三位选手（阿联酋希望号、中国天问一号、NASA毅力号）已全部交卷，顺利前往火星。明年2月，三国的“火星大考”将迎来各自的第一轮“成果验收”，让我们一起期待吧。
拓展阅读
两年之后又两年，欧空局ExoMars宣布退出2020火星赛季
致谢
本文感谢 Ting Huang、 @天才琪露诺、 @鸑鷟鹓鶵、 @尞祡 的审稿和对本文提升所做的帮助~
出品：科普中国
制作：haibaraemily
监制：中国科学院计算机网络信息中心
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本文由科普中国融合创作出品，转载请注明出处。
参考文献：
[1] NASA | Mars 2020 Launch Vehicle
https:// mars.nasa.gov/mars2020/ spacecraft/launch-vehicle/
[2] CGTN | Hi Mars: Humans' Mars odyssey
https:// news.cgtn.com/news/2020 -07-23/Hi-Mars-Humans-Mars-odyssey-SmbQK9Ppok/index.html
[3] https://www.nasa.gov/feature/jpl/6-things-to-know-about-nasas-ingenuity-mars-helicopter/
[4] https://mars.nasa.gov/technology/helicopter/
[5] NASA | NASA’s Mars Helicopter, Ingenuity (UHD Trailer)
https://www. youtube.com/watch? v=0RQWv1ybsjM&feature=youtu.be
https:// mars.nasa.gov/resources /24935/nasa-mars-helicopter-ingenuity-animations/
[6] https://mars.nasa.gov/mars2020/spacecraft/instruments/
[8] http://www.collectspace.com/news/news-072720a-perseverance-rover-martian-meteorite-return.html
[9] Williford, K. H., Farley, K. A., Stack, K. M., Allwood, A. C., Beaty, D., Beegle, L. W., ... & Hecht, M. H. (2018). The NASA Mars 2020 rover mission and the search for extraterrestrial life. In From Habitability to Life on Mars (pp. 275-308). Elsevier.
[10] Chu, L. E., Brown, K. M., & Kriechbaum, K. (2017, March). Mars 2020 sampling and caching subsystem environmental development testing and preliminary results. In 2017 IEEE Aerospace Conference (pp. 1-10). IEEE.
[11] https://mars.nasa.gov/mars2020/spacecraft/rover/cameras/
https:// mars.nasa.gov/mars2020/ spacecraft/rover/body/
[12] https://mars.nasa.gov/participate/send-your-name/mars2020/
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这是人类探测火星历史上最贵和最复杂的一辆火星车！
2020年7月30日，毅力号火星车和机智号火星直升机乘坐宇宙神5-541火箭顺利升空，目前已经在前往火星的路上。
这个7月，人类共有三个火星探测器依次成功出发，阿联酋希望号环绕器，中国天问一号环绕器/着陆器/巡视器，美国毅力号巡视器/机智号直升机。
宇宙神5火箭发射瞬间（图源：NASA）
由于火星与地球在太阳系的相对关系，二者拥有一个780天的会合周期，这意味着从地球探测火星的窗口每26个月才出现一次，如果错过就要额外等待两年多。最佳探测窗口在地球和火星会合前数月，例如2020年10月中旬地球和火星达到一次最近，7月就是最佳探测窗口。
如今，这辆车总体预算已经高达惊人的28亿美元。还好它还顺利赶上了这次窗口，否则延期两年就意味着另外5亿美元的开支，但这已经使它成为史上最贵的车，注定超过好奇号的25亿美元。
按照传统，在发射前NASA估计又举办了基础教育学生（K12）作文大赛，为这部火星车征名，
最终，7年级学生亚历山大获此殊荣，给火星车取名为毅力号（Perseverance）。而11年级的瓦妮莎则给火星直升机命名为机智号（Ingenuity）
其实早在2012年8月6日好奇号火星车成功降落火星后不久，2012年12月4日NASA关于新一代火星车的项目就正式立项，就是眼前的毅力号。它基于好奇号的平台开发而来，在众多仪器上做出一定改进。
毅力号艺术设计图 ©NASA/JPL
相比较好奇号专注于分析火星土壤和岩石的物质组成，毅力号则专注于寻找生命的痕迹。它携带的X射线光化学荧光光谱仪，可以更加精细测定土壤和岩石的精细元素构成。所携带的新型地下雷达成像仪则直接可以探测地下十米以内的水冰和盐水含量，并辅助监测有机物的含量。
好奇号降落到火星后的一张自拍（举着相机的机械臂已被PS掉）©NASA
而它在好奇号的功能之外，还带有四个超级绝活：
a. 携带了一套火星制氧实验装置，可以将空气中二氧化碳转化为氧气。对于人类未来的载人登陆火星任务，几乎不可能将返回火箭发射时用的巨大燃料储备送到火星地表，难度过大。而从火星空气和土壤中提取甲烷、液氧、液氢等燃料无疑成为最佳选择。而氧气的制备，无论对于未来人类的生存还是火箭燃料来源，意义不言自明；
火星直升机艺术效果图 ©NASA/JPL
b. 火星直升机机智号。虽然火星的大气密度和气压连地球的1%都不到，但毅力号将释放一台仅重1.8公斤的超强直升机，充电一天后能实现几十秒的工作时间。它可以极大扩展毅力号的探测范围，每天可以探测600米左右，这将是人类历史上首次将有翼飞行器送入其他星球。要知道人类第一个火星车旅居者号在几十天工作时间内才爬行了100米左右距离，而这个直升机每天的工作距离都是它的几倍！
遍布镜头的毅力号©NASA/JPL
c. 毅力号携带了共计23台照相机，历史之最。除了工程和避险相机外，这23台中还能实现彩色成像、三维成像、微距成像、紫外激光器等一系列复杂功能。因此毅力号的功能也将大大提升:它不再需要停下来一块一块分析土壤和岩石，当发现值得研究的目标时，仅需调动相关相机就可在几米开外详细研究。此外，它还携带了两个麦克风，从进入火星大气阶段就开启，能让人类收听到最真实的火星声音。
计划接应并执行采样返回火箭发射任务的火星探测器艺术图 ©NASA/JPL
d. 在人类首次探测火星已经57年后，毅力号将在60周年之际开启采样返回的新一轮挑战（俄罗斯曾经尝试两次但不幸失败），这个火星车将会收集值得研究的火星土壤或岩石样本，由后来的采样火星车、收集火星车、火星发射平台、货运飞船和返回舱等多个部分接力完成，总体任务非常复杂。火星车纵然已经功能强大，但和地球上的专业实验室相比还不可同日而语，如果能够带回地球研究，得到的结论必将让人大吃一惊。
欧空局和NASA合作计划©️NASA
可以想象，它所实现的功能将大大超越前辈好奇号。当然，它的重量也不低，预计将达到1吨左右、甚至超越它的前辈好奇号，成为人类历史上最重的一辆火星车。
这意味着它将继续沿用好奇号的“空中吊车”技术：在降落过程中，着陆器在经过大气摩擦减速和降落伞减速后将会分成两个部分，上部分携带有巨大能量的8个反推火箭，形成一个悬浮在空中的“吊车”，下部的火星车通过电缆和3条柔性钢索与之相连。随着空中吊车缓慢减速降落，一旦火星车安全碰触地面后，所有的关联绳索在几毫秒内迅速被切断，空中吊车迅速飞走并远离火星车后坠毁。
人类探测火星60年来，好奇号是唯一实现空中吊车技术的任务©️NASA
要知道，这几乎相当于把一辆家用小轿车从迪拜塔上扔下来后，中途启动空中吊车（好奇号的吊车启动时运动速度高达90米/秒、距离地表数百米），在短短几十秒内将相对速度减到几乎为0。而由于火星车上精密仪器的存在，对冲击力的容忍程度非常低，相当于家用轿车的报警系统也不能被触发，难度可想而知。
毅力号空中吊车技术降落过程 ©NASA
而毅力号的空中吊车还将做进一步改进，它可以规避风险选择最优路径将火星车放到最理想的地点。
如果说好奇号的空中吊车可以将它从迪拜塔安全“扔到”地面上，那么毅力号的空中吊车则可以将它精准“扔到”停车位里。
放射性同位素电机©️NASA
能量来源方面，毅力号也将继续沿用钚-238组成的放射性同位素电机，这种原子弹副产品制造的“核电池”有着高达88年的半衰期，可以为火星车24小时提供稳定的能量来源。这种电池已经陪着两位旅行者探测器在太空中飞行了40年依然与地面保持有效联系，也驱使着好奇号在火星表面行走了约20千米。每一天，这个距离都在增加。
左图：毅力号的初步着陆地，杰泽罗撞击坑；右图：火星侦察轨道器拍到的杰泽罗撞击坑附近细节（图源：NASA）
在科研方面，毅力号已经初步选定巨大伊西底斯平原（Isidis Planitia）西北部的杰泽罗撞击坑（Jezero Crater）作为首选探测地点。此前，欧洲的小猎犬2号曾经尝试在平原中部登陆，不幸失败。杰泽罗撞击坑位于一个古代河流和湖泊的交界处，这里是一个巨大的扇形三角洲区域，预计会提供很多让人意想不到的研究结论。
目前，阿联酋希望号环绕器，中国天问一号环绕器/着陆器/巡视器，美国毅力号巡视器/机智号直升机都发射成功，共同前往火星，我们希望他们在火星相遇的那天。
他们都是人类的使者，都在共同为使人类成为跨越行星际生存的物种而努力，我们祝福他们！
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技术上：光刻机的制造和使用工艺。
金融上：打破美元的霸权。
军事上：台湾问题。
别的问题（房产绑架经济、老龄化、东西部平衡等）都是发展中的问题，都是可能通过发展来解决的。
上面列的3个问题是当前面临的核心问题。
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