從火星到地球：地球探索應用的工程創新

科技 08-13

內容摘要：火星計劃正在進行，接下來的探險計劃定於2020年7月，到那個時候，新的探索機器將和公共汽車一般大小，將成為有效負載。火星2020探索計劃會從以往的技術中獲益，也將配備新一代導航，具備新的探索能力。

從火星到地球：地球探索應用的工程創新

美國宇航局的火星探測器探索計劃迫使工程師想方設法解決新的問題。在眾多解決方案中，有的是用於解決之前太空任務出現的問題，如今用來解決地球上的問題。

例如，許多陸地機器和必須由服務人員遠程操作的機器。尤其是設備安裝在極端的環境下，如寒冷地區或沙漠地區。火星探測器技術在這一領域處於領導地位。適用於地球探索，具體包括柔性電路、迷宮式密封技術和機器人手臂。

火星計劃正在進行，接下來的探險計劃定於2020年7月，到那個時候，新機器和公共汽車一般大小，將成為有效負載。

從第一批技術原型可以看出，工程師關注的是任務關鍵系統以及它們之間必需的無縫交互。這些系統包括推進力、電力、通訊、航空電子以及軟體等。開發及完善這些核心系統是成功將飛行器航行到其他星球大氣中的技術基礎。

工程創新正努力迎接火星旅行和火星上執行任務帶來的一切挑戰。挑戰具體包括進入——下降——著陸、自治行星遷移，以及應對惡劣環境，收集樣品和反向物流等技術。

從火星到地球：地球探索應用的工程創新

二十年探索

第一次成功發送到火星的有效負荷是一個微波爐大小，僅重23磅的物體。旅居者（Sojourner）1997年7月4日在火星著陸，經過長達七個月的旅程，並通過一台顏色立體成像相機帶回了火星表面的圖像。

旅居者的壽命設計為七個火星太陽日（相當於1.03個地球日），而實際運行時超過預期的12倍。在意料之外的84天時間裡，旅居者提供了化學數據以及可視數據。執行任務期間，科學家們和工程師們首先確認了在遇到極限性能挑戰和需求時，開發、設計、開始以及運行火星任務的可行性。

美國宇航局受到這一成功案例的鼓舞，擴大了火星探索的範圍，提高了火星探索的複雜性。2004年1月，雙胞胎探測器Spirit和Opportunity間隔三周著陸。每個有效負載都比旅居者又大又好，與割草機大小差不多，重約400磅。

這些探測器配備了高科技機械手臂和相機系統，首次提供了高解析度火星表面的全景景觀照片。原計劃這些任務持續90火星太陽日，實際上也超過了目標壽命。 Spirit超過計劃者預期的20倍，2009年底滯留在沙地之前，走過4.8英里陡峭的隕石坑和岩石山。與此同時，Opportunity探測器仍然可以運行，在整個星球上旅行超過26英里。

火星探測車必須十分健全，可以自給自足，系統故障、機械故障以及電力故障無法修復，因此任務成功與否只取決於基礎工程設計。

例如，自從旅居者號開始，工程師在所有探測器上採用先進的迷宮式密封技術保護齒輪箱免遭火星的沙土破壞，該技術目前已廣泛應用於地球。每個迷宮式密封都由許多凹槽組成，像彎曲的小路一樣有助於防止沙塵滲透以及旋轉部件周圍滑油泄露。

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