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了解科学爱上科学欢迎收听科学时评话咱们上文书讲到了火星探路者号成功的在火星上着陆了而且还开创了一种很有意思的落地方法那就是吹个大气球然后在火星上蹦的半天等停下来以后再放气然后你再展开那个探测器的外壳让这个旅居者号火星车下来
这个旅居者号火星车啊其实不算大它那个轮子悬挂机构收起来以后呢整个体积就跟那个微波炉啊差不多大当然了这个悬挂系统要展开了那就显得大一点啊这下边呢装了六个金属轮子它有一定的越野能力这小车的顶部平面呢就是太阳能电池板这小车上装了各种探测仪器包括什么阿尔法土线探测仪啦啊
这东西能够检测岩石的成分还有火星上和地球上有很长的通信延迟所以这台火星车上就带了避障雷达带了两台导航的黑白相机它可以形成立体视觉然后车后边还装了一台彩色相机可以拍彩色照片当时的数码相机分辨率不算高它只有几百像素但是可以通过拼接来扩大画面
当然了这么个小车啊它没有办法跟地球直接通信而是要经过几次传递首先是这个把这个数据啊传给那个底座那个底座本身呢它也是个探测器上面装了一大堆仪器这个底座啊它也有个名字叫卡尔萨根纪念站
上面也装了磁力探测仪那围杆上还装了一个彩色立体相机还带了高功率的天线可以和太空轨道上的卫星进行通信然后由卫星把数据再转移到手发回地球
其实这是不得已而为之啊因为这火星它是会自转的地面上的探测器要是跟着火星转到外面那么通信就可能发生中断所以呢它就必须在环绕火星的轨道上留一个二船手在当时啊这个火星车也算是一个比较轰动的科技新闻了因为
美国人很久没有探测过火星了而且这一次火星车可以在火星表面到处溜达这就比固定不动的探测器那样灵活多了带回的信息也丰富多了尽管这个火星车走得非常慢它一秒钟只能走一公分而且为了防止掉沟里为了防止撞上岩石每次都是走不了几步就要停下来查看一番所以走得特别慢
现在这个探测器所在的战神峡谷啊很像地球上的荒漠它除了土呢就是大大小小的石头
远处一公里以外有两个小山包最左边几公里远的地方似乎能看到一个大陨石坑的边缘这个地方地形还是蛮复杂的当然了你要是只看周围这些大大小小的石头还是真看不出太多的名堂最多你也就能发现似乎好像这个石头都是朝着一个方向倾斜
某些石头尽管不像地球上的鹅卵石那么光流它起码能看出好像这些石头都被磨去了棱角
但是啊如果你在太空里边去看卫星照片你就马上能明白为什么 NASA 要选这个地方作为火星探路者号的着陆地点因为这个战神峡谷很像是一条河道那些朝向一个方向倾斜的石头啊很有可能就是亿万年前被水流给冲刷导致的其实呢大家都相信过去的火星啊它肯定不是现在这个样子过
过去的火星应该是有大量的水的起码火星探路者着陆的地方曾经爆发过洪水能把这么多大石头从别的地方冲过来想必洪水的规模是很大的积水的面积应该是有地球上的地中海那么大那么到底是什么导致了大洪水的爆发呢有可能是因为火山和地热作用本地这个地表温度比较高
大量的地下冰雪发生了熔融结果呢就导致了洪水的爆发于是就把这个地方呢给冲成了一条河道了探测器上的数据啊被源源不断的发回地球火星上现在啊是寒冷干燥周围是一大片红色就像生了秀一样天空呢灰蒙蒙的微微有一点发红阳光周围的那个霞光啊居然是蓝色的显得特别另类
通过 360 度全景相机能看到天空上偶尔有非常淡的云彩但是这些云彩根本就没有下雨的能力因为现在的火星是非常干燥的周围根本就没有水一点也看不出当年沧海横流的样子了火星上的白天大概是零上十几度的样子火星的夜晚就非常寒冷温度可以到达零下 80 度所以火星探路者号就带了不少的核放射性热源
这种发热元件它没法提供电力纯粹就是为了保暖这东西是个薄老合金的小球里边装了 2.7 克的二氧化布这些布元素是布 238 可以通过衰变来释放热量的我们以前也讲到过这个布 238 衰变释放的是α粒子这个东西就是氦的原子核它的穿透性很差因此很容易就屏蔽了
α粒子如果俘获了电子它就会变成氦气分子内部的氦气大量聚集的话它是会憋炸的因此呢这个核心外壳上还专门搞了释放氦气的通气孔这一次呢 NASA 为了省钱它一切都是因漏就减嘛火星车的这个电池板呢就在小车的顶部
卡尔萨根自动站的这个电池啊就是张开的那三片外壳啊纯粹是平放在地上它没有专门去对准太阳因此呢它这个发电效率就打了折扣了而且这些电池板还遭到了火星尘埃的困扰说白了就是激励层灰火星上的这个雾霾呀它还是比较严重的所以地面上的科学家就对火星探路者号的电池板供电情况进行了分析
每天电池板的发电能力都会比前一个火星日略略下降那么一点点大概是 0.28%
这些折扣呢都是因为电池板表面的积灰造成的到了 20 天以后这个灰尘的那个沉积情况呢就发生了变化后边的灰尘沉积啊就比以前要稍微低一点然后呢就又过了 20 几天的样子突然之间这个电池板的发电量出现了一个小幅度的回升啊估计就是因为那个火星上刮了一场大风这些积灰呢都被吹走了这电池板干净了不少发电量立马就变大了
可以说呀这是科学家们第一次对火星探测器的电池板积灰情况进行研究因为这个事它不是小事如果积灰太严重了它会对发电量造成很大的影响你在火星上可不是一天两天的它是一年两年呀在火星上那么遥远你也不可能说有人去擦一擦你也不可能说我这个太阳能电池板我带个雨刮气刮一刮这也不行
它只能靠火星上的老天爷赏脸了它只能靠自然风去吹掉这些灰尘日后啊有很多火星探测器啊最终死就死在这上头了总而言之吧这个着陆器发送了超过 287.5 兆赫的信息包括 1.65 万张照片而且呢对大气的压力啊温度啊风速啊进行了 850 万次测量算是采集了大量的医手资料
我们也不能奢求太多毕竟这是一个都快好省型项目这旅居者号火星车能撑 7 天就已经满足要求了就已经够本了每多撑一天那都是赚的这火星探路者足足撑了三个多月已经是非常非常划算的买卖了
这个旅居者号火星车啊就天天挪几寸天天挪几寸啊这过了一段时间以后大概距离挪出去一百多米这信号相对来讲呢稍微弱一点到了 1997 年的 10 月 7 号这通讯就突然断了在此后的五个多月时间里面地面人员一直在试图恢复和火星车的通信
就这么等了五个多月最后呢在 1998 年 3 月份完全放弃了这个火星探路者号项目就此 game over 就此就结束了可是呢这个火星探路者号啊它名气太大了就被好莱坞给盯上了
最典型的就是电影火星救援里边这马特达蒙他不是回不来了吗他为了和地球建立通信他费了半天劲找到这个火星探路者号然后是一顿拆装一顿维修最后是利用这个玩意儿和地球取得了联系你还真别说电影里边这个火星探路者号的道具啊那是非常的逼真呢那废话呢那道具就是 JPL 原本人马复制的它能不逼真吗
说实话对于火星探路者号项目呢 JPL 的工程师里面其实心里他一直打鼓这样一个项目能取得这样的成绩应该算是很难得了那是老天赏眼呢但是这也不能掩盖这东西其实是个省钱的项目只有工程师自己心里清楚他们在方案上是做了太多太多的妥协与凑合有太多太多的一锤子买卖这上面好多东西他没有冗余备分
现在呢这火星探测者号是超额完成任务了对工程师们来讲它也许不是件好事因为这就意味着 NASA 的领导啊会把这种省钱的模式进行到底也就是说未来的火星探测器啊咱全用这种便宜货那便宜它就保不准要出毛病了你别说还真被他们给说中了
1998 年底发射的火星气候勘测者号探测器是千里迢迢飞到了火星附近就在要进入刹车捕获阶段的时候这探测器开反推火箭一刹车然后这探测器一拐弯就绕到火星背后去聊
按理说啊你从火星后边绕出来以后就应该能够看到地球了就应该能够和地球取得联系但是地面测空站是左等没消息右等还是没消息
后来呢就再也没有能够取得联系这颗探测器就这么不明不白的丢了那不行啊 NASA 肯定是要检讨责任的呀 1999 年的 11 月 10 号这个事故调查委员会呢又发布了第一阶段的报告详细介绍了可能导致探测器发生事故的问题
这问题就出在了第四次修正上面这个地面人员呢在 1999 年的 9 月 8 号完成了修正 4 的计算随后呢就在 1999 年的 9 月 15 号执行了程序这次调整的目的呢就是让探测器调整到最佳位置
这样一来呢按理说啊 9 月 23 号这个火星气候勘测者号会从火星上空 226 公里的高度开始拐弯然后就变成了环绕火星运动的卫星这个高度呢还是比较合适的但是吧完成了这次轨道修正以后地面测空人员就觉得不对劲了因为啊这个探测器擦过火星开始拐弯的这个轨道高度啊它不是 226 公里
可能只有 110 公里这个高度呢就实在有点太低了它无法避免火星大气的影响了
这个数值呢还只是毛骨一样的数值他事后仔细检查测控数据就发现当时测控器的轨道高度是 57 公里这个 57 公里就显然太矮太矮了它低于 80 公里的话它肯定就要坏菜何况 57 公里呢这个探测器因为距离火星表面太近它会遭到火星大气的阻力所以呢肯定是被强风给吹扁了
那么问题来了这个轨道高度它怎么就会算错了呢这个调查委员会给出的答案呢就让人哭笑不得这是一个彻头彻尾的低级错误这颗探测器啊它是洛克希德马丁公司制造的人家洛马的工程师用的单位制啊它都是工制单位它引擎的推力用的那个单位啊是牛顿
但是 NASA 的地面控制人员在编写这个轨道修正程序的时候他用的是英制单位他用的是棒所以这是驴唇不对马嘴所以这件事给 NASA 提供了一个非常非常深刻的教训以后一律使用公制单位你不得使用英制你做科学计算哪你有哪门子英制啊这个公制单位是硬标准的
说实话这个美国人在英制公制转换上他不知道吃了多少亏了那没办法他就是改不过来了无独有偶啊这下一颗火星探测器叫做火星极地着陆者这火星它不是有个极惯吗它冬天呢就会扩张夏天就会缩小那这地方到底是怎么回事呢那咱们就派个探测器落下去打探打探呗
所以这个探测器着陆的地方大概就是在火星的南纬 73 度到 76 度的地方这个地方就属于极地了
这个探测器还带着一个叫做深空二号的小探测器这个东西它采用撞击的方式一头撞进火星的地下然后再往下钻探这东西外壳是个钢的探测器在进入大气层之前先把这东西给扔出去然后让它自己下落它硬砸进火星地表之下简而言之这东西就是一个小号的钻地炸弹
当然了为了防止气动加热产生的高温
这个穿甲弹呢它外壳上包了一层陶瓷啊这东西是脆的那撞到地上以后呢这陶瓷就碎了它就完成任务了剩下呢就是中间那个钢芯它会继续往地下扎这个探测器屁股后头呢有个小圆盘子这个圆盘子呢会留在地表之上它不会扎进去它有一根线和这个钻地弹呢是相连的啊它就可以把地下的数据给传上来了
这个探测器它也是千里迢迢飞到了火星周围开始着陆进程了就在进入大气层之前六分钟这探测器就和地球失去联系了它不知道哪去了这时候呢在火星轨道上不还有个火星全球勘测者正在围着火星绕圈圈吗结果呢就让它去一圈一圈找啊找来找去也没发现落到哪这探测器呢就此就失踪了
那个深空二号呢他应该也是提前就扔出去了但是这家伙很小他的信号非常弱即便是他扔下去以后没摔坏他也很难取得联系了最终 NASA 宣布放弃了咱就不着了
事后从测控数据里边分析原因可能是探测器的着陆腿张开的时候它产生了一个虚假信号震了一下就导致这探测器以为自己落了地了于是它就把那反推火箭给关了所以这探测器还在空中飘着呢反推火箭一关就这么叭哒一下摔地上了就摔扁了我们综合起来看这两次连续的失败
看上去好像原因各不相同啊但实际上呢这些探测器都是属于那种多块好省型项目他们都是用德尔塔二型火箭发射这个火箭的运载能力很有限呢因此这探测器就必须限制在 600 公斤重量之内一般的都是 580 多公斤这种冗余措施他就必须降低了所以很多该做的试验呢他没做啊
你偷工减料吗是吧你常在河边走哪有不识邪呢说到底啊他有些事真的不能少当时呢 NASA 算是掀起了一次火星探测的小高潮啊火星探测次数是比较多的毕竟咱去火星啊它只需要几个月时间这次输了啊这次出毛病了咱下次再来嘛但是啊要是深空探测那就不行了那就机会难得呀
这个探测器要飞就得飞好几年才能到所以一切它都不能凑合了像这个卡西尼惠更斯探测器就是这种属于多少年都遇不上一个的这种深空探测项目也就是土星探测器这东西就真的马虎不得了这个卡西尼惠更斯探测器是美国的 NASA 和欧空局共同研发的一个土星探测器
惠更斯探测器是用来专门登陆土 V6 的一个着陆器它是由欧空局管理的
卡西尼探测器是借 DL 来管理欧美两家各管一摊不过我们还是得搞清楚严格来说欧洲不是一家算起来的话这探测器前前后后一共是 16 个国家参与设计和建造这个项目的起源其实很早大概是在 1982 年欧洲和美国就打算联合探测土星和土维 6
这个方案设计阶段呢非常漫长你想也是这欧洲一大堆国家啊他要统一一个内部意见都够麻烦的了而且呢欧洲和美国人协调关系也很麻烦这美国太强欧洲太弱这欧洲人总觉得他没有得到平等对待啊他心里都别扭
等到了 90 年代苏联解体了这个俄罗斯继承了苏联的一波这俄罗斯和欧洲的合作越来越频繁人家欧洲啊他不一定求着美国人了美国人一看
乖了这个欧洲人他要移情别恋了他不行赶快用合作项目拉住欧洲人于是呢原来那个磨磨叽叽的联合探测土星的项目就正式提升了一时日成了折腾来折腾去等着两边的航天部门协调好了关系了这美国国会他又蹦出来找麻烦了他就觉得 NASA 这个花钱太多
这国会啊他有种本能他总是想给你砍预算好在呢啊这是美国和欧洲的多国合作项目啊你这国会总得照顾一下面子啊你这砍一刀不要紧那国际朋友就就就有帮警察了这就不行最终呢 NASA 还是说服了国会了就批了预算了但是这点钱吧他很紧张啊他手头并不算宽裕啊
那国会老爷终于不闹了这民间环保人士他又蹦出来了这个探测器上用了同位素电池那不行啊他不环保啊这 NASA 还得想办法把这些反对声音给他压下去就这样一直折腾到 1997 年了这才有机会发射
那既然是探测土星嘛这个项目的名称就是以发现土星环卡西尼缝和土星第四颗卫星的法国天文学家卡西尼的名字来命名的这是一个著名的天文学家族惠更斯号呢自然就是用来纪念发现土维 6 的欧洲天文学家惠更斯这个探测器的发射重量大概是 5.7 吨这是一颗非常大的探测器
所以这个探测器就必须用德尔他四型重型火箭加上半人马座上面级才能发射这小火箭肯定是不行的了这个卡西尼探测器的核心部分是一个柱状的探测器头顶上顶了口大锅也就是和地面通信的高增翼天线屁股底下是推进器
因为这个土星距离太阳实在太远了那点光照它根本就不够所以卡西尼使用的是核电池因此这个探测器就装了 33 公斤的二氧化布为了避免放射性干扰其他探测器这核电池呢就得用这个桅杆伸出去伸得老远老远的这卡西尼探测器呢需要工作 11 年
到它任务结束的时候呢这个核电池依然可以提供 500 到 700 瓦的输出功率这就是核电池的好处它寿命实在是很长探测器上携带的仪器呢主要是三大类第一类就是拍照片的可以叫做光谱成像装置还有一类呢就是负责无线电通信与控制
接下来就是负责探测磁场啊探测高能粒子啊探测星际尘埃啊反正探测这些东西笼统归为一大类
还有呢这个卡西尼号探测器的腰上挂着一个惠更斯着陆器这惠更斯着陆器啊它是有个防热大底的这防热大底一面啊金灿灿的像个盾牌这个惠更斯着陆器本身呢不算太大重量呢是 320 公斤这卡西尼探测器呢是 1997 年的 10 月 15 号发射的这
这个探测器一出门首先就奔着金星去了然后呢要两次利用金星的引力弹弓效应来加速然后呢再甩到地球这边用地球引力弹弓效应再加一次速
然后就奔着木星去了利用木星的引力弹弓效应再加一次速那顺便也拜访一下木星嘛然后再奔着土星去这是一个非常漫长的过程发射以后呢就只能耐心等待了这探测器在几颗大行星之间就来回甩来甩去就在这时候
欧洲的工程师们突然发现了一个设计缺陷那就是这个惠更斯号啊如果真扔下去以后它真的在发出数据那有可能我们根本就收不到这些数据去了也就白去了这下欧空局领导脑袋都大了呀你都发射了你才查出这毛病来那下面该怎么办呢咱们下回再说科学声音