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巴黎人贵宾厅:迄今为止最复杂的火星车

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作为美国航天局耗资27亿美元的“火星2020”任务的绝对主角——“毅力”号火星车的着陆方式和好奇号火星车在2012年8月着陆火星的方式一样,包括降落伞、下降飞行器和一种被称为“天空起重机”的方法:在着陆前的最后几秒钟,用一个火箭反推悬浮的天车,把火星车吊挂着放在地面上。

当然,“毅力”号也不是完全沿用“好奇”号的着陆技术,而是采用了一些新技术。比如“距离触发”技术,可以把椭圆形预定着陆区的尺寸减小50%以上。其关键是选择合适的时机来释放下降飞行器的降落伞。早期的任务中,探测器会在火星大气中摩擦减速,达到预期速度后尽早开伞。“毅力”号则不然,它会根据探测器相对于预定着陆位置的距离开伞。如果探测器有可能错过目标区,就要提前开伞;如果可能无法抵达目标区,就要错后开伞。

地形相对导航技术和我国嫦娥四号探测器所采用的降落导航技术有相似的地方。“毅力”号特别适合地形复杂、有陡坡和大块岩石、比较危险的地方。它的工作原理很容易解释:首先是绕着火星飞行的探测器拍摄和绘制了着陆地点的地图,把可能的风险都标注出来。这张地图会存储在“毅力”号的电脑里。开伞后,“毅力”号会打开相机拍摄火星地面情况,把实际看到的地表与存储的地图进行对比。如果“毅力”号发现自己正向着危险地表接近(判断范围大约是300米边长的区域),可以改变方向,选择一个更加安全的区域降落。

钻探工作的主角是“毅力”号的机械臂。这条2.1米长的机械手臂可以像人的手臂一样运动。它有肩膀、肘部和手腕关节,保证了最大限度的灵活性。这只手臂可以让火星车像人类地质学家一样工作,用“手”或转塔握住和使用科学工具。火星车的“手动工具”可以从岩石中提取岩芯,拍摄显微图像,分析火星岩石和土壤的元素组成和矿物组成。这条机械臂有5个自由度,是通过名为“旋转执行器”的微型马达实现的,这5个自由度是肩关节、臂关节、肘关节、腕关节和转塔关节。手臂末端转塔就像一只手,可以握持相机、矿物和化学分析仪,用来研究火星过去的可居住性,并选择最具科学价值的样本进行储存。

除“毅力”号本身外,它还携带了1架名为“机智”号的小型直升机,能够对火星车着陆区域附近进行空中侦察。一旦成功,“机智”号将成为人类首架在其他行星上飞行的可控飞行器。“机智”号的命名来自美国亚拉巴马州高中生瓦尼莎·鲁帕尼,最终被美国航天局选中。据悉,只有1.8公斤重的“机智”号,并未配备科学仪器。它由两个反向旋转的螺旋桨提供升力,旋转角速度为2400转/分钟,水平移动速度10米/秒,爬升速度3米/秒。“机智”号将在一个月的试验行动中开展一系列短时飞行任务。美国航天局表示,若获成功,“机智”号有望为未来利用旋翼飞机对火星开展广泛的空中探测铺平道路。 
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