2020年再游火星

□ 棚梓

美國航宇局（NASA）研制的三輛火星漫游車已經(jīng)在火星上各自跑了不少路，于2012年登陸火星的“好奇”號至今仍在運(yùn)行。雖然載人登火星依然遙遙無期，但NASA決心不斷發(fā)射探測器到火星上，以延續(xù)技術(shù)發(fā)展，為載人登火星積累經(jīng)驗(yàn)和知識。根據(jù)計(jì)劃，NASA的下一代火星漫游車將在2020年發(fā)射，稱為“火星2020”，它將攜帶“一組精心選擇的設(shè)備”前往火星。

按照慣例，NASA要向全世界的科學(xué)界征集火星探測器所攜帶的儀器設(shè)備。截止到2014年1月，NASA宣布，從來自世界各地的提議已經(jīng)達(dá)到了58個，比“好奇”號收到的提議多了一倍。這顯示出國際科學(xué)界對火星探索的興趣越來越高。不過“火星2020”的承載能力有限，NASA從中選擇了7個，打算總共投入1.3億美元來開發(fā)。

在火星表面工作的“好奇”號火星車

七大設(shè)備

“火星2020”的主要任務(wù)是對著陸地點(diǎn)進(jìn)行地理學(xué)評估，判斷當(dāng)?shù)丨h(huán)境是否有可能適合人類生存，并尋找古代火星上是否真的誕生過生命。具體來說，科學(xué)家們將操縱“火星2020”上的設(shè)備來識別、選擇火星巖石和土壤，并采集起來。然后把這些樣品存放在一個容器里，待后續(xù)任務(wù)把它們帶回地球。所入選的設(shè)備都有著拗口的名字，不過細(xì)細(xì)分析它們的功能，都與“尋找生命”有關(guān)。

“主相機(jī) -Z”（Mastcam-Z），這是一種全景式、立體成像能力的變焦相機(jī)?？梢詫鹦潜砻孢M(jìn)行礦物學(xué)研究。主要研究者是美國亞利桑那州立大學(xué)的詹姆斯·貝爾。

“超級相機(jī)”（SuperCam），可以進(jìn)行化學(xué)成分和礦物學(xué)分析，可以從巖石、風(fēng)化層中找出有機(jī)化合物。主要研究者是洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室的羅格·韋恩斯等人。法國航天局天體和行星物理研究所也參與其中。

X射線巖石化學(xué)行星設(shè)備（PIXL），這是一種X射線熒光光譜儀，輔之以一部高分辨率成像儀，用來對火星表面物質(zhì)的成分進(jìn)行詳細(xì)分析。PIXL可以對火星物質(zhì)進(jìn)行高精度判別和化學(xué)成分分析，遠(yuǎn)超過以往的火星探測器。主要研究者是NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）的阿比蓋爾·阿爾伍德。

這可能是7種設(shè)備中名字最長、最拗口的一個——“對有機(jī)物和化學(xué)成分進(jìn)行拉曼光譜和冷光掃描以實(shí)施可居住性環(huán)境分析”設(shè)備（SHERLOC）。這是一種光譜儀，可以對火星物質(zhì)進(jìn)行高精度成像，并使用紫外激光來進(jìn)行精密礦物學(xué)判斷和有機(jī)物檢測。SHERLOC將是人類送到火星表面的第一個紫外線拉曼光譜頻譜儀。主要研究者是JPL的路澤·比格爾。

火星氧氣當(dāng)?shù)刭Y源利用試驗(yàn)（MOXIE），這應(yīng)該是最好理解的一種設(shè)備。火星大氣中雖然幾乎沒有氧氣，但是有一定含量的二氧化碳。能否用這些二氧化碳制備氧氣，是能不能實(shí)現(xiàn)長期火星生存的關(guān)鍵。主要研究者是麻省理工學(xué)院的米切爾·赫徹特。

火星環(huán)境動態(tài)分析儀（MEDA）。這不是一個設(shè)備，而是一組傳感器，用來測量溫度、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、相對濕度、灰塵尺寸和形狀，聽起來像不像氣象站？主要研究者是西班牙國家航空航天技術(shù)研究所天體生物學(xué)中心的羅斯·安東尼奧·羅德里格斯-曼弗雷德。

除了表面，火星地下有些什么？火星淺表層實(shí)驗(yàn)雷達(dá)成像儀（RIMFAX）就是用來解答這問題的。不過它不是鉆探設(shè)備，而是一種穿地雷達(dá)，可以提供厘米級分辨率的淺表層地質(zhì)構(gòu)造影像圖。主要研究者是挪威國防研究機(jī)構(gòu)（FFI）的斯文-埃里克·哈姆蘭。

“火星2020”漫游車

未來的火星基地

InSight 著陸鉆探器在火星上工作想像圖

為火星載人任務(wù)服務(wù)

可以發(fā)現(xiàn)，“火星2020”的主要任務(wù)探索方向都是為了解決“人能不能在火星上生存”這個問題。在“火星上有沒有水”這個問題已經(jīng)得到肯定答案以后，“火星2020”的探索重點(diǎn)是火星上的自然資源能不能制造出有機(jī)物？能不能制造出氧氣？火星上的風(fēng)暴會不會對人造成致命傷害？這當(dāng)中，氧氣的制備可能是最重要的內(nèi)容之一，不但航天員的呼吸需要氧氣，供航天員返回地球的火箭燃料也需要氧氣。后者的需求量遠(yuǎn)比前者要大。

負(fù)責(zé)載人探索與運(yùn)行任務(wù)的NASA副局長威廉姆·格斯特梅恩表示：“火星2020漫游車將回答一些航天員將要面對的火星環(huán)境問題，并在航天員降落火星、實(shí)施探索并返回之前測試一些技術(shù)?；鹦侨绻麚碛锌梢灾С稚馁Y源，就可以減少載人任務(wù)所需要攜帶的給養(yǎng)。更好地了解火星灰塵和氣候，可以為規(guī)劃載人火星任務(wù)提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)?！?/p>

“好奇”號已經(jīng)在火星表面工作了一個火星年——大約687個地球日——完成了其主要任務(wù)，也就是判定火星上是否曾經(jīng)存在過適合微生物生存的環(huán)境?？紤]到“好奇”號取得了很大成功，“火星2020”的基本設(shè)計(jì)也將所選中的設(shè)備將裝載一輛類似于“好奇”號的漫游車底盤上。這不但能減少設(shè)計(jì)和試驗(yàn)的工作量，也能沿用成熟可靠的設(shè)計(jì)和期間，降低風(fēng)險(xiǎn)。

無論“勇氣”、“機(jī)遇”還是“好奇”，乃至“火星2020”，都是NASA“火星探索計(jì)劃”的一部分。此外，“火星奧德賽”和“火星勘測軌道器”、“火星大氣與揮發(fā)物演化任務(wù)探測器”等繞火星飛行的軌道器，已經(jīng)著陸的“鳳凰”和將于2016年發(fā)射的“洞察”（InSight）著陸鉆探器，也屬于這個“火星探索計(jì)劃”。不但如此，NASA還積極參與歐空局的火星任務(wù)，為2016年發(fā)射的軌道器提供無線電通信設(shè)備，為2018年發(fā)射的“火星生命” 漫游車提供天體生物學(xué)相關(guān)設(shè)備。

NASA如此積極地探索火星，最終目的就是把人送上去。人的肉體在宇宙中是很脆弱的，因此要對火星有充分的了解，才敢發(fā)射載人探測器。因此“火星探索計(jì)劃”要充分研究火星的環(huán)境、氣候循環(huán)、地理和可能的生物學(xué)，開發(fā)未來載人探索火星并返回的能力。也許只有等到那時候，人類才會真正開啟火星之旅。