回顾丨勇气号&机遇号的伟大历程

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第一幕:任务是艰巨的，在危险面前，任务是有序的。

除了地球，火星是整个太阳系中最适合发展的行星。人类早在20世纪60年代就开始探索，但早期探索的失败率非常高。苏联直到解体才取得真正的成功。在经历了20世纪60年代和70年代的疯狂冷战后，人类火星探索戛然而止，直到20世纪90年代才恢复。不幸的是，美国火星观察者号(1992年)发射失败，俄罗斯火星96号(1996年)发射失败。

维京1号在20世纪70年代拍摄的火星全图，经过艺术处理后，也成为了流传最广的火星“见证照片”，但是火星探索在那之后停止了(来源:美国宇航局)

直到1996年，美国全球测量员才获得成功。伴随它的是登陆车/寄居车，小寄居车在1997年成为第一辆成功登陆的车。与只能在固定点着陆的着陆器相比，火星车有一个巨大的优势:它们可以移动，这一个足以显示它们的价值。但是，它太小了，只有10多公斤。自然，不可能携带功能复杂的仪器。只花了几天就宣布任务结束了。人类迫切需要一个全面、复杂、多功能的火星探测器来登陆火星。

旅居者、勇气/机会和好奇心的尺寸对比图(美国宇航局修订)

为了满足这一需求，美国国家航空航天局的火星探测车项目在其火星探测计划中正式启动，该计划包括两个185公斤重的探测车，即火星探测车-A和火星探测车-B，这两个探测车完全相同，互为备用。但出人意料的是，1999年美国两次火星任务面临另一场灾难:大气探测器的轨道器直接在火星大气中燃烧，极地着陆器在离地表仅40米的地方坠毁。在这种情况下，两个火星车完成任务的压力是可以想象的，失败的代价再次使人类火星探索陷入低潮。

第二幕:鼓起勇气，抓住机会

幸运的是，2001年发射的火星奥德赛轨道飞行器非常成功。它可以为地面功率较低的漫游者提供信号传输，这意味着这两个漫游者任务可以在2003年成功地踏上旅程。

两个火星车的任务是一生一次的太空活动。美国航天局和世界主要科学研究机构都意识到公众参与科学研究项目的重要性，特别是科学知识的普及。因此，两个流浪者的命名采取小学生作文比赛的形式。最终，只有9岁的小学三年级学生索菲·克里斯赢得了作文比赛的冠军。她最经典的一句话也成了两个流浪者命名的来源:“我过去住在孤儿院，黑暗、寒冷、孤独。每当夜幕降临，我总是仰望天空中的星星来减轻我的悲伤，梦想有一天能飞向太空。在美国，我的梦想终于可以实现了。谢谢你给我“勇气”和“机会”。"

因此，两个火星车的孪生兄弟最终被命名为MER-A和MER-B。事实上，他们还有两个“表亲”留在地球上测试。其中一个几乎和他们的科学仪器一样，结构和重量一样，并且用来测试各种仪器的工作条件。另一个更轻，几乎不携带任何仪器。它仅用于模拟火星重力对身体结构的影响。

勇气号(左)和机遇号(右)成功发射(来源:美国宇航局)

这两次探测分别于2003年6月10日和7月7日由一枚巨大的德尔塔2号火箭成功发射。他们进行了一次长达200多天的霍曼转移轨道到达火星，并于次年1月到达。

第三幕:死亡七分钟和气囊弹跳

登陆火星从来都不容易。火星的重力低于地球，而且有稀薄的大气层，但它可以通过空气阻力和进一步的降落伞组合(如着陆在地球上)来减缓。由于其速度快，摩擦会产生巨大的热量，这些热量会聚集在探测器表面，达到惊人的2100摄氏度(好奇号探测器着陆过程)。然而，火星的大气层也太薄，不到地球的1%，而且它的减速效果有限，所以不可能用像地球一样的降落伞来完成最后的减速。

此外，火星距离地球也有5000万公里，这意味着往返通信延迟近6分钟。考虑到两者旋转造成的遮挡，实际时间比这长得多。整个着陆过程不能由地球人工控制和监控。从探测器进入火星大气层开始到火星最终着陆，只需要大约7分钟，而且必须依靠自己。虽然着陆时间很短，但在整个过程中有成千上万的操作需要独立完成。任何环节的任何问题都会导致失败。例如，2016年10月19日，欧空局的“夏帕·罗利”着陆器在其任务的最后一分钟失败，直接撞上了火星表面。另外，它的着陆点也是机遇号探测器所在的子午线高原。如果成功，他们将成为并肩作战的伙伴。只有结果是极其令人遗憾的！

在大气减速和降落伞减速之后，探测器着陆装置必须与反向火箭一起工作。然而，自行火箭将导致探测器底部被巨大的燃料箱、发动机、传感器等占据。一旦它着陆，它将成为自重，这是非常不适合漫游车应该*行动，以执行任务。

反冲火箭/气囊弹跳着陆方案可以明显地看到气囊悬挂在反向火箭下方，探测器包裹在气囊中(来源:美国航天局)

最后，勇气号和机遇号的选择是气球弹跳:降落伞卸下后，仍然采用火箭反推力方案减速和悬停来确定着陆点。然而，着陆器现在被分成两部分，一部分携带一个反冲火箭和一个燃料箱，另一部分折叠漫游者并紧紧地包裹在一个巨大的安全气囊中。着陆器确定着陆区域后，将弹出安全气囊并用绳子将其牢牢悬挂，在发出稳定下降命令后，绳子将会断裂。安全气囊在离火星表面几米的地方被释放，然后在地面上几次反弹后稳定下来。大型安全气囊内部通常有平衡设备，这可以确保安全气囊停止后折叠的漫游者与地面保持正确的姿势。然后安全气囊打开，漫游者慢慢展开并驶出。这项技术已经在探路者任务中得到成功验证。

探路者气囊的地面测试表明，与折叠后只有几十厘米高的着陆器相比，几米高的巨大气囊尺寸惊人，勇气号/机遇号的气囊相似(图来源:美国宇航局)

第四幕:火星“飞行器”以龟速移动

为了成为一种机动车辆，勇气号和机遇号必须装载额外的动力、成像和导航系统，这些系统在定点着陆任务中基本上是不可用的。两个探测器的能量来自背面的两个太阳能电池板。他们使用当时地球上最先进的多结太阳能光伏电池，可以吸收和利用太阳的多光谱能量。然而，由于火星表面的太阳能远不如地球丰富，而且大气中充满灰尘，太阳能在最佳状态下每天只能提供900瓦时的能量，不到一度电，平均工作效率一般为半度电。

勇气/机遇号探测器(来源:美国国家航空航天局)

当火星上爆发全球沙尘暴时，黄沙会急剧减少太阳光并附着在太阳能电池板的表面，使得每天的生产能力只有100瓦时的能量，而漫游者必须睡觉。即使在最好的天气和高峰时段900瓦时，这种能量也只能让地球上的普通热水器工作半个小时，只能让一个40瓦的老式灯泡亮一天。为了充分利用能源，特别是为了避免在晚上没有能源，两个7公斤重的锂电池被装在火星上储存能量。

考虑到这两个火星车高1.5米，宽2.3米，长1.6米，有6个*，它们必须完成复杂的通信、导航、科研和数据分析处理功能，这种能力非常有限。这与人们想象的火星车在火星表面飞驰的场景完全不同。事实上，两辆火星车的运动速度是以厘米每秒计算的。他们的“赛车”极限速度仅为每秒5厘米，而平均运动速度仅为每秒1厘米。

根据它的自我保护系统，它每10秒就会停下来检查地形，避免危险。所以事实上，漫游者的效果是:它花了10秒钟向前爬大约一个人手掌的长度，然后停下来呼吸20秒钟，然后继续向前爬。

第五幕:无价的“超级汽车”

火星车还必须携带大量的图像采集系统来帮助导航和自我跟踪判断。毕竟，火星没有人来引导它们，必须自给自足。因此，他们都携带一个全景相机，导航相机安装在1.5米高的头部，他们还需要携带四个安全摄像头，以避免危险，这是标准的“恐惧和恐惧”。毕竟，这是一辆耗资4亿美元的极其精确的汽车。经过粗略计算，每克的平均价值约为15，000元人民币，比纯金汽车贵得多(黄金价格约为每克300元人民币)。

称“精神与机遇”为人类智慧的结晶并不过分(来源:美国宇航局)

不仅如此，它的小能量仍然支持与地球的通讯，但显然这种能量太弱，无法直接向地球发回信号。因此，他们的选择是依靠其他“前辈”来帮助转发和传输信号:美国奥德赛号、全球探测器号、微型飞行器号、侦察轨道器号等。纷纷为他们提供数据传输服务。

在解决了动力、导航和通讯等核心问题后，我们终于到达了最重要的方面:科学研究！尽管能量有限，两个火星车仍然携带非常先进和高度集成的科学研究仪器。它们基本上安装在从探测车前部伸出的机械“臂”上。这也是无可奈何的，因为整个背部几乎全是太阳能电池板，底部全是电力系统和结构系统。

手臂上不仅有穆斯堡尔谱仪、α粒子X射线谱仪和磁仪，可以详细解释岩石和土壤的化学成分，还有热辐射谱仪(安装在头部)和微型成像仪，可以从远处和微观附近观察土壤结构图像。当然，为了帮助这些仪器获得所研究的样本，还需要一个研磨工具来研磨岩石。使用仪器时，探测器需要停下来，将大部分能量集中在机械臂上，机械臂会慢慢地将仪器前端举到需要研究的地方，并在仪器开始工作前放下。

第六幕:火星探索，任务必须到达

根据计划，“勇气号”降落在古塞夫陨石坑，这是一个170公里宽的超级陨石坑，可能隐藏着火星土壤的深层秘密。机遇号降落在梅里蒂亚尼平原，在那里发现了大量的结晶赤铁矿，这意味着在古代它很可能是火星巨大海洋/湖泊的所在地。

人类已经离开并将在火星上留下痕迹的所有火星着陆点的分布(火星2020)(图:美国国家航空和宇宙航行局(NASA)改变了Haibaraemily)

到达火星后，这两个小家伙果然不负众望，给我们带来了大量的科学研究成果，大大补充了“前辈”维京1/2和探路者/寄居者的研究成果。他们进一步分析了火星土壤的成分。相比之下，地球土壤的基本50%是水和空气，5%是有机的，45%是矿物和金属，只有2%的火星土壤是水和空气，而剩下的98%是矿物和金属。此外，镍和锌元素也首次在火星土壤中被发现，它们被认为来自火星的深处。这一发现意味着火星表面的土壤可能起源于火山爆发，这是亿万年前火星上强烈地质活动的产物。

勇气号曾在火星岩石上进行过“深度”研究。它钻了一个直径4.5厘米、深0.5厘米的洞，几乎像婴儿的手掌。人类似乎很容易做到这一点，但对圣灵来说却不容易:这是两个小时不动钻孔的结果。在分析了石头的基本结构后，科学家发现只有水的可能参与才能形成这些微小的颗粒和孔洞。

机遇号发现蓝莓状赤铁矿晶体(来源:美国宇航局)

它的“兄弟”机遇号详细研究了大量类似地球的玄武岩，其表面覆盖着多层不同的物质。它还去了一座富含粘土的小山和一个古老湖泊的底部，在那里发现了含水矿物，包括赤铁矿(一种铁锈)。它甚至观察到水从撞击坑底部流过的痕迹，这意味着液态水今天可能仍然存在于火星下。机遇号也幸运地遇到了来自太空的礼物:它发现了一块由铁和镍制成的陨石，这也是人类第一次在外星星球上发现陨石。

所有这些都证实了火星在古代有温暖潮湿的环境。然而，在研究了化学成分之后，他们得出结论，火星上的海洋和湖泊不如地球上的水体温和，但是大多数水体显示出很强的酸性，不适合地球上的大多数生命。他们的研究远不止于此，但由于空间限制，他们无法完全开展。

第七幕:我们征服太空不是因为它简单，而是因为它困难。

2001年9月11日，在勇气号和机遇号出发前往火星之前，美国遭受了历史上最严重的恐怖袭击，纽约两座标志性的世贸中心大楼倒塌。近3000人在袭击中丧生，相当多的消防队员参与了救援，给美国造成了巨大损失。袭击后，整个世界陷入了悲痛的气氛。两个探测器也不例外。然而，正如他们的名字表明人们越来越沮丧和勇敢。在清理废墟的过程中，科学家用他们发现的金属材料做了一个特殊的电缆保护罩，用来保护岩石破碎工具。

国旗保护罩的材料来自世贸双塔遗址(资料来源:美国宇航局/JPL)

此外，他们的着陆点也成了一座纪念碑。其中，“精神”号的着陆点被称为“哥伦比亚纪念碑”，是为了纪念2003年2月1日“哥伦比亚”号航天飞机返回时解体造成的灾难。因此，“机遇”号的着陆点被称为“挑战者纪念碑”，以纪念1986年1月28日“挑战者”号航天飞机起飞时解体的灾难。在人类历史上流传的这两次太空灾难中，7名宇航员死亡，成为历史上死亡人数最多的一次。

正如肯尼迪总统的名言，“我们选择登陆月球不是因为它简单，而是因为它困难。”两辆火星车也肩负着人类的伟大使命。

第八幕:老兵永不死亡，创造奇迹

两辆火星车最初计划工作大约90天。科学家认为，火星空气中的灰尘将在90天后覆盖太阳能电池板，导致能量过低而无法继续工作。但出乎意料的是，火星上的严重沙尘暴和大风天气起到了帮助作用。风吹走了太阳能电池板表面的灰尘，让它再次暴露在阳光下，获得了新的生命。尽管在2007年火星上的大沙尘暴期间，99%的阳光被灰尘覆盖了几个月，这几乎导致了两兄弟的任务失败，但他们最终在风速比地球快10倍以上的恶劣环境中通过休眠存活下来并获得了新的生命。

勇气号传回了张全景在地球上的最后一张照片，它被埋葬在那里(来源:美国宇航局/JPL/科内尔)

在这种情况下，勇气号继续工作，直到2011年3月22日，任务宣布结束。在此之前，它经历了一次车轮故障，导致它无法转动，2009年，它被困在软土中，根本无法移动。然而，它继续在那个坑里工作了两年，直到它失去了它的工会，成为它最后的墓地。

机遇的状况要好得多。它曾经沉入一片沙砾中，但经过地球上两个“表亲”的多次模拟，它最终花了一个半月才逃脱。结果，这个小区域被重新命名为“地狱沙丘”。从那以后，它变得更加谨慎，一直工作到2018年年中。

然而，后期的机会也在慢慢老化。每天，机器上的计算机会不断重启，工作一段时间后，数据存储器会自动清空。它像一个暮年的老人一样患有“痴呆症”和“健忘症”，让人感到遗憾和无助。

机遇号捕获的火星与阿波罗登月时奥尔德林感叹的“美丽荒凉”完全一致(来源:美国宇航局)

尽管“精神”和“机遇”行动缓慢，但长期服务的结果使它们成为最好的漫游者。勇气号工作了2269天，机遇号工作了5000多天。机遇号以1厘米/秒的平均速度移动，创下了太空旅行最长距离的记录。它在火星表面飞行了超过45公里，远远超过了1973年前苏联发射的月球探测器2号在月球表面飞行39公里的记录。机会就像龟兔赛跑中的乌龟。虽然很慢，但它一直持续到最后的胜利。

不幸的是，火星在2018年经历了另一场席卷全球的大沙尘暴，而机遇号由于能源问题再次陷入沉睡。沙尘暴在年底消退后，美国宇航局尝试了800多次，但未能唤醒它，最终不得不放弃。我们现在已经永远失去了这两辆火星车。

第九幕:华丽的最后一章也是开始。

尽管精神和机遇的使命已经结束，但它们辉煌的最后篇章还没有结束。他们的巨大成功再次引发了人类火星探索的高潮，之后一系列探测器到达火星并工作了很长时间。

2003年6月，欧洲火星快车轨道器和小猎犬2号着陆器到达，轨道器仍在工作。

2006年3月，美国火星侦察轨道飞行器抵达，目前仍在工作。

2008年5月，美国凤凰号着陆器抵达。

2012年8月，好奇号到达，目前仍在工作。

2014年9月，MAVEN大气专家轨道飞行器抵达美国，目前仍在工作。

印度人加里安轨道飞行器于2014年9月抵达，目前仍在工作。

2016年10月，欧洲外火星轨道器和斯卡帕雷利着陆器抵达，轨道器仍在运行。

2018年11月，“美国洞察号”着陆器抵达，目前仍在工作。

“核动力”好奇号漫游者几乎是勇气号/机遇号的五倍大，它的能力在各个方面都得到了提升(来源:美国航天局)

在即将到来的2020年，中国、美国、俄罗斯/欧盟等。都将进行新一轮的火星探索任务，这将迎来最繁忙的时期。毫无疑问，他们的研究成果将大大超过《精神与机遇》杂志。

第十幕:下一站，火星

几万年来，人类一直幻想着火星探索，60年来，人类也尝试过太空时代的野外探索，但所有这些都在加速进行。我们都在等待征服火星的那一天。从现在开始，我们可以被定义为一个全新的物种:一种来自地球的生物，可以在不同的星球上生存。

《机遇》在2018年失败前的最后一张“完整”自拍成了它的绝唱(来源:美国宇航局)

然而，在过去的60年里，人类发射的火星探测任务的成败各占一半。当我们永远珍藏在火星上的“精神与机遇”的记忆时，火星2号、火星3号、火星6号、火星7号、富博1号、富博2号、极地登陆者号、深空2号、火星96号、富博土壤号、小猎犬2号和夏帕·赖利号没有成功登陆火星。这只是一份失败着陆器的清单，如果包括轨道飞行器，这个清单会更长。探索火星真的很难。

老兵不会死，他们只会变老。这些基于火星的探测器已经成为人类文明的新地标。我们仍在通往未来的路上。