NASA发布新款火星探测概念车,在地球上寻找古老

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由于其高科技漫游车的努力,美国宇航局已经了解了很多关于火星的知识。我们已经了解了很多关于火星表面构成的知识,并且由于可以传递高分辨率图像的火星探测器,我们知道大部分火星曾经被水覆盖。但我们仍然不知道火星上是否曾经存在生命。

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北京时间12月19日消息,参与美国国家航空航天局下一代火星探测车任务的科学家表示,在火星上找到古代生命的痕迹可能要比在地球上还容易。

图片 2NASA将在2020年发射下一辆漫游车前往火星,现在他们已经为它选定了7样“兵器”。图片来源:NASA

图为NASA新火星车的概念展示图。图片来源NASA官网

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【《太空》网站3月23日报道】火星上空两年后的几次短暂飞行有望为外星球探测开创一个全新的方式。一架自主式迷你直升机将随定于2020年7月发射的NASA“火星”2020漫游车前往火星,着陆时间是2021年2月。

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7月31日,美国航空航天局(NASA)宣布,他们已经为将于2020年前往火星的下一辆漫游车选定了7种“兵器”,将对那颗红色星球展开前所未有的科学探测。

据英国《独立报》官网报道,美国国家航空航天局近日发布了一款新型火星探测概念车,这款两用车既可以作为一辆火星车在火星漫游,也可以用作一个完整的实验室,在火星开展实验。

NASA发布新款火星探测概念车,在地球上寻找古老的生命可能极其困难。如果NASA或任何其他科学机构能够最终确定某种形式的生命曾经存在于火星上,那么这将是一个巨大的发现。现在,智利阿塔卡马沙漠正在进行的一项新的研究工作正在为科学家提供一个线索,让他们知道如何在火星上找到生命的证据。

这架小直升机属于简装版的技术验证机,最多将在火星大气中开展5次短时飞行。这项具有开拓性的工作若能成功将意义非凡,会扩大人类机器人探测设备的活动范围,而不再是像眼下那样只限于在外星球表面或其上方很远处的黑暗空间开展探测。

根据NASA的计划,这台名为“火星2020”的六轮漫游车将在2021年到达火星表面,其目标很明确,就是寻找火星历史上的生物学证据。它将在可能已有39亿年历史的岩石中寻找生命的线索。

从今年1月开始向全世界的科学家和工程师征集想法以来,NASA共收到了58份提案。提案数量比往年火星任务的科学设备提案翻了一番。这表明,科学界对火星探测的热情已经越来越高。被选中的提案共包含7样科学设备,研发成本约为1.3亿美元。

这款概念车长达8.5米,宽4米,高3.4米,拥有6个超大车轮。车轮由碳纤维和铝合金制成,既坚固耐用,又轻巧灵活,可以越过火星崎岖不平表面上的沙丘和岩石等;车轮还拥有特别设计的超大型通风口,目的是避免被恐怖的火星沙尘暴堵死,导致车动弹不得。

在发表在《Frontiers in Microbiology》的论文中,研究人员描述了一种新的漫游车概念,他们在地球上最干燥的地方之一进行了测试。正如Gizmodo报道的那样,由研究员Stephen Pointing领导的团队设计的漫游车是为了挖掘干燥地壳中的微小深孔并对下面的土壤进行采样。通过这种方式,漫游车可能能够找到随着时间的推移而忍受的细菌,而地球上的这些发现暗示了可能存在的细菌。

“火星直升机”项目飞行控制与气动主管格里普3月20日在一次会议上表示,直升机有望打开通往火星探测新形式的大门。他说,有朝一日,更先进的型号有望为漫游车充当侦察兵,或自行在火星上开展探测工作。他说,可以想象,未来可用多架直升机从事区域性探测,或是把小型直升机派往无法进入或生物学敏感区域。

研究人员表示,在地球上寻找如此古老的生命可能极其困难,但是火星拥有更好的保存条件。在我们所处的地球,由无数生命参与的动态过程不断循环往复,在产生新事物的同时,也擦去了过往的痕迹。然而,在火星上,这些过程可能在很早的时候就陷于停滞,从而保留下远古生命的证据。

火星2020探测任务将建立在大获成功的“好奇号”火星车的基础之上。“好奇号”差不多在2年前登陆火星,目前仍在火星上正常运转。新的火星车将携带更尖端的升级硬件,还有新的设备能够对火星车的着陆地点展开地质评估,测定环境的潜在宜居性,还将直接搜寻古代火星生命的迹象。科学家还将利用火星2020漫游车辨认和筛选一批岩石和土壤样本,它们会被存储起来,留待未来的任务带回地球。

这一火星漫游车由帕克兄弟概念公司倾力打造,外表与目前在距离地球3400万英里的火星表面逡巡的火星车大相径庭。这款车的主要目的是作为NASA开展的“火星之夏”活动的“宣传大使”,让年轻一代了解,为了让人类能够登陆这个火红色的“邻居”,NASA所进行的孜孜不倦的探索。

研究人员发现,尽管水分很少,表面温度极高,一旦向下挖掘几英尺,细菌仍占主导地位。而在火星上可能仍然存在类似的微生物,但是如果不深入挖掘,可能就无法知道其是否存在。

“火星直升机”仅重1.8公斤,机体部分只有棒球大小,载有各类航电与通信设备、一个小型太阳能帆板、可再充电的锂离子蓄电池、用来在火星的寒夜为电子设备保持温度的加热器以及一部导航相机。机上不带任何科学仪器,但配备一台高分辨率彩色成像仪。格里普说,这台成像仪姑且算是其有效载荷,将能拍摄很好的照片并发回地球。

“举例来说,我们不认为火星在大部分历史中拥有类似于地球的板块构造,”NASA喷气动力实验室的肯·威利福德说,“地球的大多数岩石记录已经被海洋地壳以下的俯冲破坏,即使是留在表面的岩石,也会受到加热和挤压。在火星上就不会出现这些情况。因此,矛盾的是,很可能火星上的古老岩石会比地球上更近期的岩石保留得更好。”

“火星2020漫游车,凭借这些新的更先进科学设备,包括我们的国际伙伴提供的一些设备,将很有希望从火星的地质记录中破解诸多有关火星过去的谜团。”NASA科学项目部副主管、宇航员约翰·格伦斯菲尔德(John Grunsfeld)说,“这项任务将继续我们对于宇宙中生命的搜寻,还提供了机会让我们去实践一些新的技术。”

这款车光滑而倾斜的前端会让人想起好莱坞导演克里斯托弗·诺兰导演的《黑暗骑士》中的蝙蝠车;与此同时,这款概念车还拥有多个太阳能电池板,可以为车上的所有设备供电。

火星漫游车在地球上运行良好,但在寻找火星地表下的生命方面还有另一层复杂性。知道在哪里真正寻找生命的潜力是一个非常难以回答的问题,即使现在火星上可能仍然存在微生物,甚至曾经存在的微生物证据,它们很可能仅限于火星的特定区域,而不是均匀地分布在火星上。

该直升机在飞往火星途中将装在轿车大小的“火星”2020漫游车的腹下。“火星”2020的任务包括搜寻火星远古生命迹象,并采集和存放样品,以由后续任务取回地球。漫游车在火星上着陆一两个月后,直升机将被下放到表面上。格里普说,这个小家伙随后将开展一系列短时飞行,每次将持续约90秒,最大飞行高度在5米上下。这些飞行将在距漫游车100~1000米处进行。这足以避免两者相撞,同时又能让两者保持通信(直升机要通过漫游车同地面操控人员联系)。

这台新的火星探测车将被投放在火星赤道附近的杰泽罗陨石坑。卫星观测显示,该区域曾经拥有一个很深的湖泊。

火星2020漫游车还将帮助我们深入理解,未来载人登陆火星时,这颗红色星球能够提供哪些可以为我们所用的自然资源。以火星上这块大地为生的能力,将彻底转变未来人类对这颗行星展开探测的模式。未来载人登陆火星任务的设计者,能够利用这一任务来理解火星尘埃带来的威胁,演示从火星大气的二氧化碳中生成氧气的技术。这些实验将帮助工程师了解,如何利用火星上的资源来产生氧气供人类呼吸,甚至为火箭燃料提供氧化剂。

NASA在声明中指出:“这款火星车配备有生命支持系统及导航和通讯系统,其所有设计和所使用的材料都与火星资源和环境有关。”

不幸的是,基于这种漫游车概念的任务尚未被NASA批准。

考虑到火星大气密度只有地球海平面的1%,这将是一项不小的成就。在靠近火星表面处飞行相当于在地球上空30公里飞行,而这是直升机迄今达到的最大飞行高度的两倍还多(格里普说,火星引力为地球的38%,但这只能部分地弥补空气稀薄所造成的不利局面)。

科学家希望,如果微生物曾经在这一水体内部或附近生存,那它们的存在痕迹很可能就保存在沉积物之中。经过漫长的岁月,这个湖泊早已干涸,这些沉积物现在已经可以很容易进行钻取。科学家寻找的一个关键目标将是碳酸盐沉积物,其分布可能会与古老湖泊的湖岸线平行。“碳酸盐是一类能从水里沉淀析出的矿物质,真正有意思的是,在它们析出的过程中,会将水中的一切包裹住。因此,生活在那里的一切将被困在碳酸盐矿物质中,”美国普渡大学的布里奥尼·霍根解释道。

“火星2020漫游车将有助于解答宇航员将会面临的关于火星环境的问题,在他们着陆、探索和离开这颗红色行星返航地球之前,率先检验他们所需的技术。”NASA总部载人探索及任务运行部副主管威廉·格斯登迈尔(William Gerstenmaier)说,“火星拥有维系生命所需的资源,这将减少载人火星任务必须携带的补给物资数量。更好地理解火星尘埃和气候,将为规划截人火星任务提供宝贵数据。检验提取这些资源的方法,理解火星上的环境,也将帮助火星上的先驱者们更好地安定下来。”

NASA的下一个机器人火星车有望于2020年着陆火星,搜寻以往微生物生命的迹象,并收集样本带回地球。

格里普说,为产生足够大的升力,项目团队设法为“火星直升机”配备了两个长达1.2米的刚性旋翼。任务团队人员表示,旋翼转速将高达2400转/分,约10倍于地球上直升机的桨叶。格里普说,团队已在模拟火星条件下对这一设计进行了多次性能考核。他说,目前飞行正样机已经造出,并或多或少地做了测试。当然,最终的考验将在火星上进行。

霍根还表示,杰泽罗陨石坑是火星上最适合观察碳酸盐的地点之一。科学家梦想中的场景是,“火星2020”漫游车偶然发现了类似叠层石的结构。在地球上,叠层石是由微生物黏结堆砌,逐渐石化并增大的沉淀物生成构造。

图片 5火星2020漫游车的结构示意图,将配备7套科学设备,对火星展开前所未有的探测。图片来源:NASA

NASA“革命性垂直升力技术”项目经理戈顿称,“火星直升机”首飞将相当于莱特兄弟在基蒂霍克所获成就的火星版,将会“开创一个新时代”。RVLT项目一直在同“火星直升机”团队开展合作。戈顿说,那将是一个值得一书的历史性时刻。

火星车将沿着假定的湖岸线,选择最为合适的地点钻取样品。这些样品将被保存在小罐子里,留在地面上,以便以后取走。NASA和欧洲空间局正在筹划一次联合行动,打算在2030年代初收回由这台火星车采集的多达40个样品。此外,“火星2020”漫游车还将为未来载人登陆火星做准备。

此次NASA选中的科学设备包括:

这类历史性时刻可能将不只限于火星上空。NASA正在考虑往土卫六这颗被阴霾笼罩着的巨型卫星发射一个四旋翼无人机着陆器。称为“蜻蜓”的这项任务将从土卫六上的一点飞到另一点,调查这颗有可能支持生命存在的星球上正在发生的复杂化学过程。“蜻蜓”是NASA下一项“新边疆”中级行星科学任务的两项决赛方案之一。另一项为彗星取样回送任务,称为“彗星宇宙生物学探测取样回送”(CAESAR,简称“凯撒”)。NASA预计会在今年晚些时候宣布终选结果。不过,格里普说,“火星直升机”和“蜻蜓”任务团队尚未开展合作。

在近日于华盛顿特区举行的美国地球物理联合会秋季会议上,威利福德与霍根就这台火星车未来的前景进行了讨论。杰泽罗陨石坑宽度约为45公里,至少包含5种类型的岩石,为新一代火星车提供了多样的采样目标。因此,科学家对这里的探索充满期待,希望能彻底改变我们对火星的认知。

  • 桅杆相机-Z(Mastcam-Z),一套先进的相机系统,拥有全景和立体成像功能,能够进行变焦缩放。该设备还将测定火星表面的矿物学,并协助漫游车的运转。该设备的首席研究员是美国亚历桑那州立大学坦普尔分校的詹姆斯·贝尔(James Bell)。
  • 超级相机(SuperCam),能够提供成像、化学构成分析和矿物学分析。该设备还有能力远距离检测岩石和风化层中是否存在有机成分。它的首席研究员是美国洛斯·阿拉莫斯国家实验室的罗杰·威恩斯(Roger Wiens)。
  • 行星岩石化学X射线设备(PIXL),一台X射线荧光光谱仪,还将包含一台高分辨率成像仪,用以测定火星表面物质的精细尺度元素构成。PIXL还将提供前所未有的能力,让我们更精细地检测和分析化学元素。首席研究员是NASA喷气推进实验室的阿比盖尔·奥尔伍德(Abigail Allwood)。
  • 宜居环境有机物及化合物拉曼及荧光扫描仪(SHERLOC),一台光谱仪,将提供精细结构成像,并且利用一台紫外激光器测定精细尺度矿物学,检测有机化合物。SHERLOC将是第一台前往火星表面的紫外拉曼光谱仪,将为火星车上携带的其他设备提供互补的测量。道义研究员是喷气推进实验室的路德·比格尔(Luther Beegle)。
  • 火星氧气就地资源利用实验设备(MOXIE),一项技术探索性的实验,将利用火星大气中的二氧化碳产生氧气。首席研究员是美国麻省理工学院的迈克尔·赫奇特(Michael Hecht)。
  • 火星环境动态分析仪(MEDA),一套能够测量温度、风速、风向、气压、相对湿度以及尘埃大小及形状的传感器。首席研究员是西班牙航天航空技术研究所天体生物学研究中心的何塞·罗德里格斯-曼弗雷迪(Jose Rodriguez-Manfredi)。
  • 火星地下勘测雷达成像仪(RIMFAX),一台穿地雷达,将提供地表以下地质结构的厘米级分辨率影像。首席研究员是挪威国防研究所的斯韦恩-埃里克·哈曼(Svein-Erik Hamran)。

来源:航小宇

“火星2020”漫游车在设计上是好奇号火星车的近似版本,后者于2012年降落在盖尔陨石坑。新的火星车将使用同样的“天空起重机”技术进行着陆,在好奇号的着陆过程中,该技术表现出非常高的精准度。此外,NASA的工程师们还增加了一个称为“地形相对导航”(Terrain-Relative Navigation,简称TRN)的即时绘图系统,将为着陆过程更加精准。任务团队希望这一系统能使火星车落在记录着三角洲痕迹的岩石上,水流正是从那里流入杰泽罗陨石坑的古代湖泊。通过火星勘测轨道飞行器的光谱数据,研究人员了解到这片三角洲区域的沉积物中含有黏土和碳酸盐。

“NASA的空间技术任务理事会,能够跟火星2020漫游车团队以及载人探索及任务运行部合作,演示我们利用火星大气的能力,将其中富含的二氧化碳转化为纯氧,这让我们很兴奋。”NASA空间技术任务理事会副理事长詹姆斯·鲁瑟(James Reuther)说,“这项技术演示将为财力上更容易负担的载人火星任务铺平道路,为该任务提供维系生命和推进火箭所需的氧气。”

任务首席科学家肯·法利在AGU会议上表示,“火星2020”漫游车在着陆之后的路线已经规划好了。该火星车将装载一个先进的导航系统,能够在不同导航点之间自动选择最合理、最直接的路线。这或许将加快火星新发现的到来,“在良好的地形中,我们可以一天行驶超过100米,”法利博士解释道。

这些科学设备将被安置在一台与“好奇号”相似的漫游车上。利用已获得实践检验的着陆系统和漫游车经典构架,将这些新的实验设备送上火星,能够确保将任务的成本和风险降到最低。据估计,火星2020探测任务的总成本为19亿美元,比“好奇号”任务高达24亿美元的总成本还要稍低一些。

“今天,我们朝着火星之旅又迈出了重要的另一步,”NASA局长查尔斯·伯尔登(Charles Bolden)在发布会上说,“尽管抵达并且登陆火星很困难,‘好奇号’仍然成为了一个标志性的范例,表明了无人科学探测器如何能够为火星甚至更遥远的人类探险活动铺平道路。火星探测将成为我们这一代留下的遗产,而火星2020漫游车任务将为人类的红色星球之旅迈出至关重要的另一步。”

据悉,NASA的载人火星任务,有可能会在本世纪30年代启程出发。(编辑:Steed)

节选编译自 NASA官网,NASA Announces Mars 2020 Rover Payload to Explore the Red Planet as Never Before

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