火星2020：载人登火的马前卒

美国宇航局宣布火星2020项目通过关键评审并进入最终设计与制造阶段，这意味着美国宇航局在不久的将来将获得一辆新的核动力火星车。如果一切顺利，这辆火星车将于2020年夏季发射，并于2021年2月抵达火星。

目前，美国宇航局在役的火星车有两辆，分别是“机遇号”和“好奇号”。这次部署的火星2020平台基于好奇号打造（还未正式命名，文中暂用火星2020平台）。

那么，美国宇航局为何计划发射新的火星车？其又有何技术特点？

从“机遇”到“好奇”

从2003年起，美国宇航局通过火星漫游者计划先后发射了机遇号和勇气号火星车，它们的任务是寻找火星是否存在水和生命或者是遗迹。

“机遇号”和“勇气号”的探测结果令科学家们感到惊讶：确认火星曾经存在液态水环境，而且还是大片的海洋。更令人惊叹的是，“机遇号”从2004年开始运行至今仍然处于服役中，不仅取得了大量成果，还打破了多项行星探索的纪录，比如，“机遇号”近10年的行驶里程数超过40公里，是目前地外天体行驶的最远距离纪录。

2011年，美国宇航局又发射了一辆新的火星车——“好奇号”。为了把近1吨的“好奇号”降落到火星上，美国宇航局采用了空中吊车式着陆方式，也可称为“天空起重机”。这种方案风险非常高，前无古人，没有成功的案例，直到最后安全着陆，连美国宇航局喷气推进实验室的科学家也不得不承认这一次非常幸运。

然而，大平台的优势是明显的，“好奇号”搭载了全方位的科学探索仪器，因此“好奇号”也被称为行星科学实验室，可对火星地质、大气环境、岩石等进行深入分析。此外，其机械臂还有钻头，可对火星岩石进行打洞取样分析。

从“好奇号”这个平台来看，应该说其具备了当前美国宇航局最顶尖的行星科学探索技术，近1吨的火星车耗资接近25亿美元，这个数字诠释了好奇号“高贵”的身份。

好奇号火星车的主要仪器为主照相机系统、阿尔法粒子X射线分光仪、化学和矿物分析仪、火星样本分析仪和机械臂。

值得一提的是，“好奇号”使用了核动力装置，使用钚238衰变释放能量。虽然其设计任务周期仅为2年，但从2012年着陆至今已经过去了4年，它的科学仪器仍然状态良好，动力装置预计可继续使用至少12年，由此看出，“好奇号”也是一个潜在的长寿火星车。

青出于蓝而胜于蓝

根据美国国家研究委员会2011年发布的《2013~2020年行星科学的愿景和旅程》调查报告，火星2020是美国宇航局采样返回“三步走”规划的第一步，第二步将发射着陆器到火星表面，把火星2020平台装好的样本发射到火星轨道，第三步是航天器把火星上采集的样本带回地球。

据悉，在完成此轮关键评审的同时，项目研制团队还对火星2020项目成本进行了评估，火星车的研制和发射成本预计为21亿美元，在火星上运行一个火星年的成本约3亿美元。

火星2020任务全面继承了好奇号火星车的平台技术，以此降低设计风险和成本。这辆火星车将负责调查适宜微生物生存的火星远古环境，探索火星岩石中存在远古生命的证据。

与此同时，火星车还将收集岩石和土壤样本，并将它们存储起来，以期后续任务的探测器将采集的样本送回地球。科学家们可通过分析这些样本，寻找火星过去的生命迹象和对未来人类登陆火星的潜在威胁。

为了提升火星车在更复杂区域的安全着陆能力，美国宇航局采用了范围触发器技术，能够指定降落伞开伞时机，继而大幅提升着陆精度。同时采用地形相对导航技术，火星车能够通过将下降阶段拍摄的图像与火星地图进行匹配，找出可能存在风险的着陆区域。火星车在下降过程中，能够辨别即将着陆的区域是否安全。

更多的“第一次吃螃蟹”

值得关注的是，火星2020平台将携带一些更先进的科学仪器，并对火星开展前所未有的科学探测活动。例如，全新的火星岩石和土壤样本采集系统，该系统配有取芯钻头和样本管，可将近30个不同样本存储起来，待后续火星探测器将其送回地球。

在火星2020平台上也设置了集成桅杆系统，可为科学家提供高分辨率可见光图像和光谱数据，用于分辨一定距离内的岩石和土壤，帮助确定待钻取的目标岩石。桅杆上还装备了一系列传感器以监控气候与尘埃情况，以及一个测高雷达用来评估火星地质构造。

此外，火星2020平台还携带一套相机和一个麦克风，可捕捉火星车进入、下降及着陆过程中的图像与声音，这些信息有助于制定未来火星载人着陆规划。美国宇航局在凤凰号火星着陆器任务中曾尝试过麦克风，但没有在火星表面进行应用。因此，火星2020平台将首次在火星表面收集声音，同时也会测定火星大气的氧含量，为载人登陆火星做准备。 

作者：陈喆

来源：《飞天科普周刊》