NASA公布的新一代火星漫游车“火星2020”有何特点和改进？

火星2020漫游车：“毅力号”，一次前所未有的火星探索之旅

NASA最新的火星漫游车，“毅力号”（Perseverance），是“火星2020”任务的核心，它代表着我们探索这颗红色星球的又一次飞跃，其设计和携带的科学仪器，都比以往的火星车有了质的提升。这次任务的目标不仅仅是简单的地形探测，更是为了搜寻火星上曾经存在生命迹象的证据，并为未来的人类登陆火星奠定基础。让我们深入了解一下“毅力号”究竟有哪些令人瞩目的特点和改进。

一、更强大的“大脑”和更敏捷的行动力

相较于之前的火星车，例如“好奇号”，“毅力号”在计算能力和自主性上有了显著增强。它搭载了更先进的计算机系统，这意味着它可以在接收到地球的指令后，更快速地进行数据处理和决策，甚至在遇到突发情况时，能够更自主地进行规避和调整，而不必等待遥控。

在行动方面，“毅力号”依然延续了六轮摇臂式悬挂系统，这使得它能够轻松应对崎岖不平的火星地表。但其轮子的材料和设计有所优化，能够更好地适应火星的岩石地形，减少磨损，并提供更稳定的行驶体验。而且，它在导航和路径规划上也更加智能，能够更有效地规划出安全且科学价值高的行进路线。

二、更精密的科学“武器库”

“毅力号”最核心的亮点在于其携带的科学仪器。这套“武器库”是为了实现前所未有的科学目标而量身定制的：

SuperCam：集万千功能于一身的超级探测器。这绝对是“毅力号”最引人注目的科学仪器之一。SuperCam集成了激光光谱仪、可见光和红外光谱仪、成像相机以及麦克风。它可以通过发射激光蒸发岩石表面，然后分析产生的等离子体光谱，从而确定岩石的化学成分和矿物组成。更令人兴奋的是，它还能在远距离拍摄高分辨率的岩石图像，甚至可以“听”到激光击中岩石的声音。这个多功能仪器将大大提高我们了解火星地质环境的能力。

SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman and Luminescence for Organics and Chemicals)：寻找生命“指纹”的关键。 SHERLOC是另一个重磅级仪器，它也装备了激光光谱仪，但其重点在于高分辨率的成像和寻找有机物以及特定矿物质的痕迹。科学家希望利用SHERLOC来识别火星表面可能存在的有机分子，这些有机分子是生命存在的重要线索。它还可以分析矿物的细微结构，帮助我们了解火星过去的环境条件是否适宜生命诞生。

PIXL (Planetary Instrument for Xray Lithochemistry)：精准的元素分析师。 PIXL是一款先进的X射线荧光光谱仪，它能够以极高的分辨率对岩石和土壤的元素组成进行精确分析。这意味着我们可以非常细致地了解岩石的构成比例，从而更深入地理解火星的地质演化过程。

MOXIE (Mars Oxygen InSitu Resource Utilization Experiment)：氧气制造先驱。这是“毅力号”最具有未来意义的实验之一。MOXIE将尝试从火星大气中提取二氧化碳，并将其转化为氧气。如果成功，这将为未来人类登陆火星提供至关重要的支持，意味着宇航员可以在当地生产呼吸所需的氧气，而无需从地球大量运输。这项技术是实现火星殖民的重要一步。

MastcamZ：超广角、变焦的“眼睛”。 MastcamZ是“毅力号”的主相机系统，它具有立体成像和变焦功能。这意味着它可以拍摄出具有深度感的3D图像，并且能够根据需要拉近或拉远焦距，捕捉到更精细的地形细节。它还能记录不同波段的光谱信息，为科学研究提供更丰富的数据。

REMOTE SENSING INSTRUMENTS (包括中分辨率成像光谱仪、地形相机等)：除了上述核心仪器，“毅力号”还配备了一系列用于远程探测的仪器，它们能够提供更广阔的视野，帮助科学家选择更具科学价值的采样点。

三、火星直升机——“机智号”（Ingenuity）：空中侦察的新篇章

“毅力号”携带的“机智号”直升机，堪称是火星探索史上的一个革命性创新。它将是第一架在地球以外的行星上进行动力飞行的飞行器。

独立的空中平台： “机智号”能够独立起飞，并在火星稀薄的大气中进行飞行，为“毅力号”提供前所未有的空中视角。它可以飞到“毅力号”难以到达的高处或复杂地形，勘察更广阔的区域，寻找潜在的科学目标。
验证飞行技术： “机智号”的主要任务是验证在火星大气中进行动力飞行的可行性。火星大气密度仅为地球的1%，这给飞行带来了巨大的挑战。“机智号”的成功飞行将为未来在其他星球上开发空中探测器积累宝贵的经验。
辅助漫游车： “机智号”还可以作为“毅力号”的侦察兵，提前为漫游车规划行进路线，避开危险区域，提高探索效率。

四、样本采集与封装：为地球带回“火星的秘密”

“毅力号”最核心的科学任务之一就是搜集火星岩石和土壤样本，并将其进行封装，为未来的样本返回任务做准备。

高效的钻探与采样系统： “毅力号”配备了先进的钻探系统，能够钻取不同类型岩石的岩心样本，并将这些样本储存在特殊的密封管中。这些密封管能够确保样本在火星表面保持清洁和完整，不受污染。
样本封装与“储存”： “毅力号”能够将采集到的样本进行封装，并将其放置在火星表面的特定位置。未来的任务（如NASA的“火星样本返回”计划）将派遣另一个探测器前往火星，将这些封装好的样本带回地球，供科学家进行更深入、更精密的分析。这使得科学家能够利用地球上最先进的实验室设备，对火星样本进行前所未有的研究，极大地可能解锁火星生命的奥秘。

五、设计的优化与可靠性提升

为了确保任务的成功，“毅力号”在设计上也进行了多项优化和改进：

更坚固的结构设计：漫游车本身的结构更加坚固，能够承受发射和着陆过程中的巨大应力，以及火星表面恶劣的环境条件。
更强的热控制能力：火星表面温度变化剧烈，特别是昼夜温差极大。“毅力号”拥有更强大的热控制系统，能够确保内部精密仪器的正常运行。
防尘设计：火星上的沙尘是漫游车工作的一大挑战。“毅力号”在设计上考虑了防尘措施，以减少沙尘对关键部件的影响。

总而言之，“火星2020”任务中的“毅力号”漫游车，凭借其更先进的科学仪器、更智能的行动能力以及革命性的“机智号”直升机，将带领我们开启一个全新的火星探索时代。它不仅仅是探测器，更像是为未来的火星人类活动和生命搜寻铺平道路的先锋，我们正前所未有地接近揭开火星古老秘密的那一天。

网友意见

这极有可能是人类历史上最贵的一辆车！

近期NASA宣布人类历史上最为复杂的火星车“火星-2020（Mars 2020）”的建造取得重大进展，将会顺利赶上2020年7月的发射窗口。

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。

按照传统，在发射前NASA估计又将举办小学生作文大赛，为这部火星车征名，不知道会是哪位小朋友得到这个殊荣。

火星2020（Mars 2020）艺术设计图 ©NASA/JPL

早在2012年8月6日造价高达25亿美元的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，就是眼前的火星2020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。

相比较好奇号专注于分析火星土壤和岩石的物质组成，火星2020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. 携带了一台“火星直升机”。虽然火星的大气密度和气压连地球的1%都不到，但火星2020将释放一台仅重1公斤的超强直升机，能够实现每天最多3分钟的工作时间。它可以极大扩展火星2020的探测范围，每天可以探测1公里左右，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7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十倍之远！

遍布镜头的火星2020 ©NASA/JPL

c. 火星2020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。因此火星2020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。

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，火星2020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，由下一个专注于发射火箭返回的探测器将样本送回地球。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。

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。

好奇号降落过程中“空中吊车”技术全过程 ©NASA/JPL

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。

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。

火星2020空中吊车技术降落过程动图 ©NASA

而火星2020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，那么火星2020的空中吊车则可以将它精准“扔到”停车位里。

能量来源方面，火星2020也将继续沿用钚-238组成的放射性同位素热电机，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17310米！

每一天，这个距离都在增加。

由于继续使用了好奇号的基准平台和成熟的空中吊车技术，火星2020在建造方面的成本有所降低，但由于新型仪器的使用，它目前的预算已经高达21亿美元，逼近好奇号的25亿美元。

考虑到它还有三年才发射且极有可能是一个超长工作时间的火星车，它的预算最后极有可能超越好奇号，成为人类历史上最昂贵的一部车。

而好奇号的25亿美元是个什么概念呢？

890公斤的它，大概等值于40吨黄金！

而火星2020极有可能超过这个数字！

现在，包括美国（NASA和Sapce-X）、欧空局、中国、俄罗斯、日本、印度和阿联酋的众多航天机构也都摩拳擦掌，瞄准2020这个时间窗口。届时，人类即将迎来探测火星历史上最繁忙的一年！

在人类迈出那一小步之前，从未想过自己可以如此伟大。

踏上火星的这一小步，将使人类从此成为一个跨越行星的物种。

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