好奇號測試在火星上鑽孔的新方法

【博科園-科學科普（關注「博科園」看更多）】美國國家航空和宇宙航行局的「好奇號」火星探測車在這顆紅色行星上進行了首次測試，這是一項新的鑽探技術。這個早期的試驗產生了一個直徑約半英寸(1厘米)深的洞，這個目標被稱為「奧卡死湖」(Lake orca)，不足以完整的科學樣本，但足以證明這個新方法是機械的。這僅僅是一系列測試的第一步，以確定新的鑽探方法能夠收集樣本的程度。如果這個鑽頭能獲得足夠的深度來收集樣本，團隊就會開始測試一個新的樣品交付過程，最終交付到探測器內部的儀器。

2月26日，美國宇航局的好奇號火星漫遊者用一種新的鑽孔方法在一個名為「奧卡迪湖」的目標上製造了一個洞。這個洞標誌著自從一年多前汽車問題開始出現以來，羅孚的鑽機第一次運行。圖片版權：NASA/JPL-Caltech/MSSS

該鑽頭用於將岩石樣品粉碎成粉末，然後將其存放於好奇號的兩個實驗室儀器中，在火星或SAM以及化學和礦物學，或CheMin中進行樣品分析。「好奇號」自2012年著陸以來，已經用它收集了15次樣本。然後在2016年12月，一個關鍵部分的鑽頭停止工作。這個鑽頭設計的目的是用兩個手指狀的穩定器來穩定自己的岩石，一個有故障的電機阻止鑽頭在這些穩定器之間擴展和收縮。經過幾個月的努力，「好奇號」的工程團隊終於可以把鑽頭伸到穩定器的前面，但發動機問題依然存在。這個團隊對自己提出了一個挑戰：是否可以破解太空機器人的鑽頭，使其不需要穩定裝置?

在「好奇號」的當前位置上，上維拉·魯賓山脊上的一個新洞的圖像表明，這種「MacGyvering」正在取得成功。通過將鑽頭留在一個延伸的位置，工程師們在地球上的測試中可以在這裡進行數月的自由鑽探。Orcadie湖的這個洞提供了第一個關於這個操作如何在火星環境中工作的見解。如果之前的方法就像一個鑽床，在它延伸到一個表面時保持鑽頭的穩定，現在它就更自由了。美國國家航空航天局(NASA)的漫遊者用它的整個手臂向前推進，在用力感測器測量時重新定位。該感測器最初被包括用於阻止漫遊者的手臂，如果它受到高強度的震動。它現在提供了一種至關重要的觸感，防止鑽頭偏斜漂移，並被困在岩石中。

加州帕薩迪納市美國宇航局噴氣推進實驗室的副項目經理史蒂文·李說：現在在火星上鑽探，就像在家裡一樣。人類很擅長重新定位鑽頭，幾乎沒有考慮過。編程的好奇號本身就是一種挑戰——尤其是當它不是設計成這樣的時候。噴氣推進實驗室的工程師們花了很多時間來測試新方法，包括周末和假期。還必須在實驗台上進行「侵入性手術」——這是一個近乎精確的古董複製品——安裝一個力感測器來匹配火星上的一個。在2012年「好奇號」發射之前，這個基於地球的試驗台的感測器已經停止工作，但在此之前從來沒有理由更換它。

經過一年多的時間，沒有使用好奇號火星探測器的鑽頭，工程師們已經設計出了一個解決方案，並首次在這個紅色星球上進行了測試，未來將對鑽頭方法進行更多的測試。圖片版權：NASA

好奇號的取樣工程師之一JPL的Doug Klein說：這對於新的鑽探方法來說是一個非常好的跡象，接下來必須鑽一個全深孔，並展示我們的新技術，把樣品送到好奇號的兩個船上實驗室。把鑽頭留在它的延伸位置意味著它不再能接觸到一個設備，它可以篩出、部分和將岩石粉末送到漫遊者的儀器(稱為收集和處理原位火星岩石分析，或CHIMRA)。JPL還必須發明一種新方法來存放沒有這種設備的粉末。新的解決方案讓好奇號看起來像是在給它的科學添加調味料，從鑽頭中抖出穀物，就好像是在從攪拌器中敲出鹽一樣。這種敲擊在地球上已經成功地進行了測試，但是地球的大氣層和重力與火星非常不同。火星上的岩石粉末是否會以同樣的體積和受控的方式掉出來，還有待觀察。

在未來的日子裡，「好奇號」的工程師們將對最近的測試結果進行評估，並可能在附近再次進行演習。如果收集到足夠的樣本，他們將測試樣品的分配，使用漫遊者的Mastcam來估算從鑽頭上可以搖出多少粉末。雖然這次演習的第一次測試並沒有產生完整的樣本，但好奇號的科學團隊很興奮地看到這一步回到了常規鑽探的道路上。從Vera Rubin嶺得到多個鑽孔樣本的興趣是很高的，尤其是在包含灰色和紅色岩石的上脊。後者富含赤鐵礦，一種能在水中形成的氧化鐵礦物。鑽孔樣本可能會揭示山脊的起源和與水相互作用的歷史。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

作者：Andrew Good

內容：經「博科園」判定符合今主流科學

來自：NASA

編譯：中子星

審校：博科園

解答：本文知識疑問可於評論區留言

傳播：博科園

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