经过7个月和大约3亿英里的旅程,火星2020“毅力”号探测器于2月18日登陆火星,完成了至少一个火星年(687个地球日)的主要任务。

美国宇航局选择了Jezero火山口作为着陆现场的坚持不懈。科学家认为该地区曾被水淹没,是古河三角洲的家园。可以想象,在这些潮湿的时刻中的一个或多个中,微生物生命可能在Jezero中居住。如果是这样,他们的遗体迹象可能会在湖床或海岸线沉积物中找到。科学家们将研究该地区如何形成和发展,寻求过去生活的迹象,并收集火星岩石和土壤的样品,可能会保护这些迹象。

尽管“毅力”号的设计初衷是寻找古代生命的证据,但它也将实施一些技术,使未来生命——人类生命——能够在火星上生存。

往返的第一条腿

坚持不懈是火星往返之旅的第一站。要证实火星上存在古代生命,需要大量的证据。“毅力”号是第一个携带样本缓存系统到火星的漫游者,目的是打包有希望的样本,以便在未来的任务中返回地球。

不仅仅是粉碎摇滚摇滚乐的方式,而不是欺骗大声漫游者的方式,坚持不懈的钻孔将切割完整的岩石核心,这些岩石是一块粉笔的尺寸,并将它们放入样品管中。在恒定的腹部携带的管是关于标准实验室试管的尺寸和形状。主要是钛,每个样品管重量不到2盎司。在恒定沉积在火星表面上的管道后,由太阳潜在地改变样品的化学成分的白色外涂层防止。外部激光蚀刻的序列号将有助于团队识别管及其内容物。

由于坚持不懈地调查火星,使命科学家将确定何时何地钻取样本。该货物将在管中包装,具有最复杂的,技术先进的机制送入空间:样本缓存系统。在坚持不懈的管子上,最多38次注定要充满火星岩石和鲁代岩。另外五个是已经装载的“见证管”,其用于捕获分子和颗粒污染物的材料。他们将一次在火星上开设一个,以见证环境环境,主要是在样品收集点附近,目录,这些地区目录,这些杂质或来自航天器的污染物在样品收集期间可能存在。

美国宇航局和欧洲航天局(ESA)正在研究一个检索任务,包括NASA LED样品检索兰德,将在火星轨道和ESA-LED地球返回轨道上发射检索到的样品,这些样品将与火星轨道中的样品结合并将它们带回地球。

正如目前所设想的那样,着陆器在2026年推出,并在2028年到达火星,接近Jezero Crater附近的毅力。它将火星上的获取流浪者存放在火星上拿起藏上的样品并将它们转移到火箭上。另一种选择是坚持不懈地保留其一些样品并将它们直接送到火箭。然后火箭将成为首次推出另一个星球的火箭,将样品返回容器运送到火星周围的轨道上,其中轨道器将捕获密封的样品容器并在20世纪30年代初期返回地球。

Sherloc将研究五块小块的太空服材材料,这是一个毅力,旨在分解火星土壤样品以确定它们的组成。

火星聪明

聪明的火星直升机已准备好亮相。4磅的直升机 - 特殊设计的部件和搁板部分的组合 - 在坚持不懈的腹部上存放,并从罗孚的电源收取电荷。一旦在火星表面上部署了聪明才智,它的电池将仅由直升机自己的太阳能电池板充电。

从今年春天开始,这艘小型飞船将有一个30个火星日(31个地球日)的实验飞行测试窗口。在第一次飞行中,直升机将从离地面几英尺的高度起飞,在空中悬停约20到30秒,然后降落。这架直升机不需要人来控制自己飞行。它必须在地球预先发出的最低限度的指令下起飞、飞行和降落。

之后,该团队将尝试额外的实验飞行渐进距离和更大的高度。直升机完成其技术示范后,持久性将继续其科学使命。

如果成功,聪明才智将证明,在火星可以实现一架飞机的动力,受控飞行,使未来的火星任务能够与第二代旋翼飞行器的探索潜在地增加空中维度。

有“活力”的装置

将宇航员送到火星的最困难的事情之一将让他们回家。从红色行星表面上发射火箭将需要工业氧气,以及火箭燃料,构成推进剂。其中四个船员需要大约55,000磅(25公吨),产生从火箭燃料的15,000磅(7公吨)的推力。但是,如果船员可以从薄(火星)空气中出现,而不是运送所有氧气?

火星氧气原位资源利用实验(Moxie)仪器与Perseverance的主要科学分开。其中一个火车站的主要目的是捕获可携带古代微生物生活迹象的可回收岩石样本。虽然坚持不懈地有一套旨在帮助实现这一目标的仪器,但Moxie完全专注于未来人类勘探工作所需的工程。

自太空时代的黎明以来,研究人员已经谈到了原位资源利用率(ISRU)。将其视为生活在土地上,使用当地环境中的可用 - 包括发现可以融入使用的水冰;在洞穴中庇护;或为火箭推进剂产生氧气,当然,呼吸。火箭推进剂是宇航员需要的最重的消耗资源,所以能够在目的地生产氧气将使第一个营业的火星之旅更容易,更安全和更便宜。

这幅插图描绘了“毅力”号运载的样管内部。43个样品管重量很轻,足以承受往返飞行的要求,而且非常干净,未来的科学家将有信心,他们分析的是100%的火星,没有地球的污染物。(NASA /姓名)

火星的大气层对人类的生存构成了巨大的挑战,但却非常适合氧气的生产。它的厚度只有地球大气层的1%,但它的95%是二氧化碳,其中含有氧气。MOXIE用泵吸进空气,然后利用电化学过程从每个二氧化碳分子中分离出一个氧原子,留下一氧化碳作为副产品。当气体流经系统时,它们会被分析,以检查产生了多少氧气,它的纯度,以及系统工作的效率。每次实验结束后,所有的气体都被放回大气中。

这种电化学转换需要高温 - 约1,470°F(800°C) - 为了工作。为了管理那些高温,Moxie比烤面包机大一点,具有各种耐热材料。特殊的3D印刷镍合金零件加热并冷却流过仪器的气体,而称为气凝胶的超轻绝缘体在热量中保持在热量,以最大限度地减少将其保持在操作温度下所需的功率。Moxie外面涂在一层薄薄的金色上,这是红外线的优异反射器,并将那些起泡的温度散发到坚持不懈的其他部分。

MARS上的全规模Moxie系统可能比家用炉更大,重约2,200磅 - 几乎和毅力本身一样多。工作正在进行中,在不久的将来开发一个原型。预计艾西威将在一个火星年(两栖历年)的过程中跑到大约十次,允许美国航空航天局观看它在不同季节的工作程度。结果将向未来的氧气发电机设计通知设计。

套装

这位艺术家的概念描绘了火星上的宇航员和人类栖息地。美国宇航局的火星2020流浪者带有许多技术,可以使火星更安全,更容易探索人类。

在宇航员可以到达火星之前,他们会面临着一个关键问题:他们应该在火星上穿什么薄薄的气氛允许从太阳和宇宙射线到达地面的更多辐射?为了确定,坚持不懈地携带曾经送到红色行星的第一个SPACESUIT材料样品。

当探测车收集岩石和土壤样本以便将来返回地球时,5块宇航服材料将由一个名为her - loc(用拉曼光谱和有机化学发光扫描可居住环境)的仪器进行研究。这些材料,包括一块头盔面罩,嵌入在SHERLOC的一块火星陨石碎片旁边。

这些材料是由Nomex, Gore-Tex和Kevlar - Vectran组成的正交织物,用于宇航服手套,聚碳酸酯和头盔面罩。这些材料将被用于防护服的外层,防护服将暴露在最大的辐射中。

在火星上,辐射将分解材料的化学成分,削弱了它们的拉伸强度。Sher-Loc将有助于确定材料持续多长时间。该装置旨在确定火星岩石的组成罗孚收集的罗波斯 - 这可以用太空服材料来完成。

一位粗糙的气象学家

火星即将获得新的天气报告。由于坚持不懈的冲突,它将提供古代微生物生活的迹象,它将提供关键的大气数据,这将有助于使未来的宇航员能够在红色星球上生存,以在没有透气的氧气,冰冻温度,星球范围的暴风雨和强烈辐射的世界中生存从太阳。

气象数据背后的仪器是火星环境动力学分析仪(MEDA)。它的部分目标是收集基本信息:温度、风速和方向、压力和相对湿度。“恒心”号着陆点的温度模型范围从夜间的平均-126°F(-88°C)到下午的约-9°F(-23°C)。

与NASA的好奇心罗弗和洞察着陆器一起与天气仪器一起,三个航天器将在另一个星球上创造第一个气象网络。

但是,Meda及其前辈之间的关键差异是它还将测量火星大气层中尘埃粒子的量,形状和大小。灰尘是火星上任何表面任务的重要考虑因素。它遍历包括宇宙飞船和他们可能拥有的任何太阳能电池板的一切。它还推动了表面和大气中的化学过程,它会影响温度和天气。坚持不懈的团队希望了解有关这些互动的更多信息;这样做会帮助团队规划的聪明才智火星直升机运营。

在地球上,大气 - 以及地球的磁场 - 避免辐射。但火星上没有全球磁场,因此测量灰尘和辐射齐头并进,尤其是太空服的设计。辐射可能是宇航员最极端的条件,因此保护宇航员免受这种辐射的诉讼将是至关重要的。

为了测量它的尺寸,MEDA会在每一个小时,不分昼夜地醒来,不管“毅力”是在游荡还是在打盹。这将创造一个几乎恒定的信息流来帮助填补空白

火星上的3D印花金属零件

坚持不懈地携带11个用3D印刷制成的金属部件;其中,五是X射线锂化学(PIXL)仪器的行星仪器。PIXL在Rover的机器人手臂末端的旋转炮塔中使用其他工具共享空间。为了使仪器尽可能光,美国宇航局设计了PIXL的两件式钛壳,安装框架和两个支撑支柱,可以将壳体固定到臂的末端以中空且极薄的。实际上,3D印刷的部件,质量少于三到四倍,而不是传统生产。

PerseVeRance的六种其他3D印刷零件可以在Moxie找到六个换热器 - 掌式镍合金板,可保护仪器的关键部分免受高温的影响。虽然常规加工的热交换器需要由两部分制成并焊接在一起,但是Moxie每个3D打印为单件。

火星上的太空激光器

当阿波罗宇航员降落在月球上时,它们带来了与它们称为逆向反射器的设备,这是基本上的镜子阵列。该计划是为地球上的科学家们瞄准他们的激光,并计算梁回归所花费的时间。这提供了月球轨道和形状的特别精确的测量,包括如何根据地球的引力拉动略微改变。

为了在火星上进行类似的实验,Perseverance携带了手掌大小的激光反反射器阵列(LaRA)。虽然目前还没有用于此类火星研究的激光器,但该设备是面向未来的:这样的反射器有一天可以让科学家进行所谓的激光测距研究,以测量探测器在火星表面的位置,测试爱因斯坦的广义相对论,并帮助未来更精确地登陆火星。

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本文首先出现在3月份,2021号问题金宝搏官网杂志。

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