原標(biāo)題：NASA下一代火星車著陸點敲定 這隕石坑曾經(jīng)充滿水

美國宇航局（NASA）于11月19日宣布,，首個采集火星巖石并最終返回地球的火星車將會探索赤道附近的Jezero隕石坑,。Jezero是一個45千米寬的隕石坑，這里曾經(jīng)充滿了水,，因此火星生命有可能在隕石坑中繁衍,。

“好奇”號火星車 新華社 資料圖

“從這個獨特的區(qū)域獲取樣本將徹底改變我們對火星及其孕育生命能力的看法?！睆?個候選著陸地點中選擇了Jezero隕石坑的NASA科學(xué)副局長Thomas Zurbuchen這樣說道,。

目前還不確定的是，火星車在完成對Jezero隕石坑的測量后，是否會繼續(xù)長途跋涉到另一個地點,。一些科學(xué)家希望探測器能夠前進(jìn)28公里,，到達(dá)一個被稱為“中點”的地方，在那里它可以對這顆紅色星球上已知最古老的巖石進(jìn)行取樣,。

該機(jī)構(gòu)位于華盛頓哥倫比亞特區(qū)的行星科學(xué)部的代理主任Lori Glaze說：“無論如何,，2020年發(fā)射的下一代火星車將為NASA在未來幾年的火星計劃指明方向?！?/p>

Jezero隕石坑是36億年前由一顆隕石撞擊形成的,。有一段時間，這里的水深大約為250米,，之后這些水流了出來,，留下的沉淀物可能包含有生命的記錄——如果它們真的存在的話?！澳憧吹揭粋€峽谷形成并留有沉積物,。”該任務(wù)的項目科學(xué)家Kenneth Farley說,，“這是一個主要的吸引力,。”

Zurbuchen說,，Jezero隕石坑地貌豐富,，對研究火星很有價值。研究人員根據(jù)已有資料認(rèn)為,，這個隕石坑曾經(jīng)是河流三角洲,，有黏土和碳酸鹽巖等，可能還有水流曾經(jīng)帶來的各種礦物質(zhì),，因此有望在這里收集到有機(jī)分子,，發(fā)現(xiàn)微生物存在的跡象。

但研究人員也表示,，這里有大量巨石和懸崖,，多處為風(fēng)蝕地貌，這種地質(zhì)多樣性給火星車的著陸帶來挑戰(zhàn),。

Farley說,，由于Jezero隕石坑是碳酸鹽巖的故鄉(xiāng)，其化學(xué)成分可以揭示湖水和火星大氣在遙遠(yuǎn)的過去是如何相互作用的,。而上游發(fā)現(xiàn)的各種各樣的巖石可能已經(jīng)被沖入隕石坑,，探測器也可以在那里研究它們。

Farley說,，這個隕石坑的科學(xué)價值一直吸引研究人員,，但過去認(rèn)為,，火星車難以在這里安全著陸，然而新技術(shù)使火星車在此著陸成為可能,。比如工程師開發(fā)了一種被稱為“地形相對導(dǎo)航”的新技術(shù),，可將火星車安全送至火星表面。

Jezero隕石坑的不同地質(zhì)構(gòu)造及周圍環(huán)境幫助它擊敗了2020年火星車的其他潛在目的地,。其中包括火星上一些最古老巖石——“東北錫爾蒂斯”,，以及“勇氣號”火星車在2004年至2011年間探測過的哥倫比亞山。

耗資24億美元的火星車計劃于2020年7月發(fā)射,，2021年2月登陸火星,。它將攜帶37根樣品管和5個備件，并用它的機(jī)械臂將其裝滿,?；鹦擒嚨臋C(jī)械臂是一種用來鉆取長而細(xì)的火星巖石的裝置。在探索這顆紅色星球的過程中,，火星車將收集各種樣品,，并最終將這些樣品送回地球。

NASA還沒有制定出將樣本運回地球的詳細(xì)計劃,。Zurbuchen表示,，他們希望在本世紀(jì)20年代末向火星發(fā)射一架探測器，之后取回這些巖石樣本,，并在本世紀(jì)30年代初將它們送回地球,。

目前，NASA于2001年發(fā)射的“奧德賽”和2005年發(fā)射的MRO依然在環(huán)繞火星運轉(zhuǎn),。此外,，美國2003年發(fā)射的“機(jī)遇”號火星車和2011年發(fā)射的“好奇”號火星車也在火星表面上工作。

火星是太陽系由內(nèi)往外數(shù)第四顆行星,，屬于類地行星，直徑約為地球直徑的一半,，自轉(zhuǎn)軸傾角,、自轉(zhuǎn)周期相近，公轉(zhuǎn)一周則花兩倍時間,。其橘紅色外表是因為地表被赤鐵礦（氧化鐵）覆蓋,，火星被認(rèn)為是太陽系中最有可能存在地外生命的行星。（趙熙熙）

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從月球車到火星車有多難 火星著陸要經(jīng)歷“恐怖7分鐘”

2016年8月31日訊,，新聞背景8月23日,，“中國火星探測工程名稱和圖形標(biāo)識全球征集活動”新聞發(fā)布會在北京召開，并首次公布了中國第一個火星探測器和火星車外觀設(shè)計構(gòu)型,。2020年,，我國首次火星探測將一次完成“環(huán)繞,、著陸、巡視”三個探測任務(wù),，這在世界火星探測史上是前所未有的,，將面臨巨大挑戰(zhàn)。此前,，只有美國海盜號火星探測器一次實現(xiàn)了“環(huán)繞,、著陸”兩個探測目標(biāo)。

目前,，我國已通過嫦娥1號,、2號完成了對月球的“環(huán)繞”探測任務(wù)，通過嫦娥3號完成了對月球的“著陸,、巡視”探測任務(wù),，所以有不少航天愛好者會問，我國的火星車能否借鑒玉兔號月球車的研制技術(shù),？探測月球與探測火星有什么區(qū)別,？要回答這一問題，首先要了解月球和火星各自的概況,，然后才能通過對比分析認(rèn)識它們的異同,。

不一樣的星球

首先應(yīng)該知道的是，雖然月球與火星都是地外星球,，但它們有很多不同之處,。例如：

月球以1.02千米/秒（3683千米/小時）的速度，在稍扁的軌道上繞地球公轉(zhuǎn),，離地球時近時遠(yuǎn),，最近時約36萬千米，最遠(yuǎn)時約40萬千米,，平均距離約為384400千米,。而火星以橢圓軌道繞太陽飛行，它與地球的最近距離約為5500萬千米,，最遠(yuǎn)距離則超過4億千米,。大約每隔26個月就會發(fā)生一次火星沖日，地球與火星的距離在沖日期間會達(dá)到極近值,，通常只有不足1億千米,。

月球是地球唯一的一顆天然衛(wèi)星，其質(zhì)量相當(dāng)于地球質(zhì)量的1／81,，所以引力較小,，其表面重力只有地球的1/6。而火星比月球大許多,，質(zhì)量相當(dāng)于地球質(zhì)量的11%,，其表面重力約為月球的2.5倍,、地球的4/10。

月球上沒有大氣,，所以沒有風(fēng)雨變幻,，無法靠對流的方式來傳遞熱量，這使得月球的白天和夜晚的溫差高達(dá)310℃,。月球白天最高溫度可達(dá)130℃,；晚上溫度會下降到-180℃左右，且月球的白天和夜晚各自長達(dá)13.5天,。而火星有大氣,，但非常稀薄，密度大約只有地球的1%,?；鹦浅嗟乐形鐣r可達(dá)20℃，兩極最低溫度-140℃,。巨大沙塵暴是火星大氣中獨有的現(xiàn)象,，幾乎在每個火星年里都要發(fā)生一次，最大可達(dá)地球12級臺風(fēng)的幾倍,，而且一旦刮起來可持續(xù)3個多月,。

由于月球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)周期一樣，都是一個恒星月（27日7時43分11秒）,，所以在地球上只能看見月球的一面,，背向地球的一面永遠(yuǎn)看不見。而火星自轉(zhuǎn)周期為24小時37分,，即火星上的一天幾乎和地球上的一樣長,。火星公轉(zhuǎn)一周約為687天,，即火星的一年約等于地球的兩年,。

在月球上，除懸崖峭壁外,，幾乎所有月面都覆蓋著平均厚度為3-5米的月壤,。月壤的粒度分布很廣，但絕大部分顆粒在30微米到1毫米之間,，摸起來跟面粉一樣細(xì)膩。而火星和地球一樣擁有多樣的地形,，有高山,、平原和峽谷，基本上是沙漠行星,，地表沙丘,、礫石遍布,，遍布遭隕星襲擊后因撞擊形成的坑坑洼洼。它最引人注目的地形特點是干涸的河床,，多達(dá)數(shù)千條,，蜿蜒曲折，縱橫交錯,。它們主要集中在火星的赤道區(qū)域附近,。

不一樣的路程

美國3代火星車比較。

從上述對比可以看到,，月球和火星大相徑庭,，而這些差異直接影響到月球車和火星車的設(shè)計、研制,、試驗,、發(fā)射、著陸,、巡視和探測等許多方面,。

由于距離遠(yuǎn)，對發(fā)射火星探測器的火箭要求也比較高,。月球探測器進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道的速度為10.9千米/秒,。而火星探測器要進(jìn)入地火轉(zhuǎn)移軌道的速度必須達(dá)到第2宇宙速度才行，即11.2千米/秒,。因此,，發(fā)射同等質(zhì)量的月球探測器和火星探測器時，后者要求用推力更大的火箭,。

火星探測器飛往火星的時間和距離,，比月球探測器飛往月球的時間和距離長得多，前者最快一般需約7個月,，后者最快只需四五天就能到達(dá)目的地，所以對火星探測器的測控,，要比對月球探測器的測控通信復(fù)雜得多,。

同樣的一個信號，從月球發(fā)射到地球接收和從火星發(fā)射到地球接收要差100萬倍,。正因此,，測控火星探測器對探測器本身以及地面測控站，都提出了很高的要求,，既要求火星探測器裝有高增益天線,，也要求地面有天線直徑很大的深空測控站（天線的直徑和探測距離成正比,，增大天線口徑可以增加探測距離）。近年,，我國在佳木斯和喀什分別建成了直徑64米和35米S/X雙頻段地面深空測控站（以前是18米）,，它們能滿足未來火星探測器的測控要求,，曾對距地球約1億千米的嫦娥2號進(jìn)行了測控。

由于距離地球遠(yuǎn)，火星探測器測控信號的傳輸延時很長,，單向就達(dá)15-25分鐘,，而月球探測器測控信號的傳輸延時單向僅為1秒多，對火星探測器的遙測遙控比月球探測器更為復(fù)雜,，要求火星探測器有更高的自主性,。

由于路途漫漫,，火星探測器在飛往火星的途中,，要進(jìn)行比月球探測器次數(shù)更多,、更精確的軌道修正才行，這樣才能準(zhǔn)確地飛到火星。如果火星探測器在地火轉(zhuǎn)移軌道近地點有1米/秒的速度誤差或1千米的高度誤差,，飛到火星附近時都將產(chǎn)生10萬千米的位置誤差,。

因為火星探測器遠(yuǎn)離太陽,，它所受到的太陽輻射強(qiáng)度大大減弱，其太陽電池翼性能必須更高,。另外,，火星車的太陽電池翼還要能經(jīng)受火星巨大沙塵暴的考驗,，美國第1代火星車,，就是因為火星沙塵暴覆蓋了其太陽電池翼而沒有開展更長時間的探測工作,。據(jù)悉，我國的火星車有4個太陽能電池板,。

現(xiàn)在，我國火星探測面臨的難題是要一次完成“環(huán)繞,、著陸,、巡視”，而不能像“嫦娥工程”或國外大多數(shù)火星探測那樣,，先發(fā)射軌道器幫助選擇合適的著陸地點,，然后再發(fā)射著陸器在選好的著陸點著陸。這就需要事先掌握,、分析其它火星探測器拍攝的大量火星圖片和研究成果，從中選擇幾個候選著陸地點,；另外,，還要通過我國火星環(huán)繞器發(fā)回的圖像最終確定著陸地點,。

據(jù)悉,，我國的火星著陸地區(qū)已初步選定在火星北緯5°至39°一帶,。之所以選擇低緯度地區(qū)是由于我國火星車將用太陽能供電,，從光照角度考慮,，最理想的地方是火星赤道附近,，但是火星赤道附近的地形復(fù)雜,。另外,，由于登陸火星99%以上的減速是靠大氣減速,，因此著陸點海拔越低減速時間越長,，著陸越安全,。綜合考慮地形復(fù)雜度,、高程,、光照條件、溫度等因素,，火星比較適合著陸點在北緯5°至39°的區(qū)域。

著陸“恐怖7分鐘”

美國鳳凰號火星著陸器利用發(fā)動機(jī)反推著陸。

月球沒有大氣,，落月探測器不能依靠降落傘來減速進(jìn)行軟著陸,，而只能靠自己的發(fā)動機(jī)反推來減小下降速度，有人稱落月探測器著陸過程為“黑色700秒”,。似乎在月表著陸比在有大氣的火星表面著陸更難,。

其實，在火星上著陸也不容易,，要經(jīng)歷“恐怖7分鐘”,。由于火星探測器距離地球太遠(yuǎn)，無法依靠地面遙控,，所以有人稱火星探測器切入火星軌道的難度,，相當(dāng)于從巴黎打一個高爾夫球，正好落到了日本東京的某個球洞里,。在探測器切入火星軌道后,，如果要在火星表面著陸，其過程類似于返回式衛(wèi)星,，但技術(shù)難度大得多,，因為遙測和遙控信號十分微弱；另外,，當(dāng)探測器運動到火星背面時,，地球無法準(zhǔn)確地確定其軌道參數(shù),，這就給探測器再入高度的選擇帶來困難，許多探測器都因此功虧一簣,。1999年12月3日,，美國“火星極區(qū)著陸器”在即將登陸火星表面時，由于軟件錯誤導(dǎo)致其起減速作用的火箭發(fā)動機(jī)過早關(guān)閉,，最終撞毀,。2003年，歐洲獵兔犬2號著陸器在與火星“火星快車”軌道器分離后便失蹤了,。

空間探測器在地外星球軟著陸方式目前主要有三種：一是氣囊彈跳式,，二是著陸腿式，三是空中吊車式,，每種方案都各有優(yōu)缺點,。氣囊式比較簡單，成本低,，但只能滿足重量小的探測器軟著陸要求,；空中吊車式反之；著陸腿式介于它們兩者之間,。

月球沒有空氣,，蘇聯(lián)月球車1號、2號,美國“阿波羅”登月飛船和我國嫦娥3號月球探測器等,，都采用緩沖發(fā)動機(jī)反推+著陸腿的方式?；鹦巧嫌锌諝?，在火星上著陸時都要使用降落傘來減速，例如,，美國海盜號,、鳳凰號火星著陸器采用降落傘+緩沖發(fā)動機(jī)反推+著陸腿的方式；美國“火星探路者”,、“火星漫游者”采用降落傘+氣囊彈跳的方式,；美國“火星科學(xué)實驗室”采用降落傘+緩沖發(fā)動機(jī)反推+空中吊車的方式。

據(jù)悉,，我國2020年發(fā)射的火星著陸器-巡視器組合體,，將采用降落傘+緩沖發(fā)動機(jī)反推+著陸腿的方式，具體來說就是經(jīng)過氣動外形減速,、降落傘減速,、反推發(fā)動機(jī)減速，展開著陸腿,，緩沖著陸到火星表面,。其可能的原因是：我國的巡視器即火星車質(zhì)量較大,，為200多千克；另外,，我國有嫦娥3號在月球著陸的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗可以借鑒,，其中的懸停、避障技術(shù)居世界領(lǐng)先,。