作者：REN、大卫
北京时间2月19日凌晨4点55分，美国NASA的“毅力号”（Perseverance）探测器成功登陆火星，正式开始在这颗红色行星上探索生命存在的迹象。
NASA喷气推进实验室（JPL）首席工程师RobManning表示，“这次着陆完成的太棒了，成功证明了NASA是有效的，是成功的。我们齐心协力，共同努力，实现了这一目标。从国家的角度来看，许多问题都应该这样协力解决。”
NASA在直播中展示了“毅力号”着陆后传回的第一张图片，降落时沾到镜头上的尘土营造了一种朦胧感：
（来源：NASA）
去年7月和8月，阿联酋“希望号”，中国“天问一号”，美国“毅力号”先后发射升空，踏上了前往火星的漫漫征途。
如今，三位远道而来的客人终于在火星聚首。
大约一周前，“希望号”和“天问一号”已经顺利制动进入环火轨道。阿联酋此次的任务只是环绕火星，不包括登陆。而中国计划完成“环绕、着陆、巡视（探索）”三个目标，所以“天问一号”会先环绕火星勘察3个月左右，之后再找合适的时机着陆。
因此，没有环绕火星计划的“毅力号”虽然出发最晚，抵达火星最晚，却可以第一个完成登陆。
着陆成功后，“毅力号”将稍事休整，工程师将花费数周的时间对所有仪器和功能进行测试和校准。
图
全副武装的“毅力号”（NASA）
校准结束后，它将再花几个月的时间前往Jezero火山口的第一个勘探地点。科学家相信，这里在38亿年前可能是一个火星湖床，有可能在此发现古代生命的化石遗迹。
造价27亿美元的“毅力号”还有一个更重要的使命，那就是尽可能多的收集并保存土壤样本，然后静静等待未来的“后辈”带它回家（或许只有样本能回家）。
NASA此前表示，将火星土壤带回地球的任务可能需要超过十年的时间，一来一回，最早也要到年才能返回地球。
登陆火星
火星距离地球超过2亿公里，超远的距离让通信变得十分困难，单程延迟大约在11分钟左右。因此我们不可能在地球上实时控制火星探测器登陆，只能依靠探测器的自主登陆系统。
NASA在直播中透露，装有传感器的探测器在进入火星大气层时，可以感受到大气的减速，当减速足够明显时，系统便会开始控制探测器，尝试向着陆点导航，同时调节机身姿态。
在降落过程中，可能会出现上百万种错误，着陆轨迹的微小变化都可能导致任务失败。因此，NASA将火星车着陆的过程称为“恐怖七分钟”（sevenminutesofterror）。地球上的工作人员只有等到登陆结束后才能知道它有没有成功。
图
NASA根据传回的延迟信号模拟火星车是否成功降落（来源：NASA）
当被隔热层包裹的火星车进入火星大气层准备降落时，速度最高可以超过千米/秒（2万公里/小时）。降落过程中，与大气之间的摩擦会让其表面温度迅速飙升，约80秒后达到最高温度，隔热层将承受最高摄氏度的考验，相当于最炙热的火山岩浆的温度。
此时，受到隔热层保护的火星车却只能感受到室温（20度左右）。
在降落开始大约四分钟后，“毅力号”探测器距离火星地表约11公里，但时速仍然高达公里/小时。它这时将释放一个直径21.5米的超大降落伞，隔热罩也将很快剥离。
图
NASA传统，执行发射和着陆任务要吃花生（来源：NASA）
探测器下方装有23个雷达仪器和摄像头，它们可以帮助火星车安全着陆，也能传回画面供工作人员分析。它还配有“地形相对导航”软件，能够处理相机拍摄的图像，并将其与机载地形图进行比较，从而确定航天器应该在哪些潜在的安全地点着陆。
降落进入到最后一分多钟时，“毅力号”距离地面约2公里，此时探测器将与外壳、降落伞分离，把自己的命运交给一台空中吊车（SkyCrane）。
这是NASA在年首次启用的火星车降落技术，成功帮助“好奇号”减速并着陆。
图
NASA模拟动画演示，空中吊车帮助火星车着陆（来源：NASA）
空中吊车配有8枚反冲火箭，通过三根尼龙绳与火星车相连，可以在短时间内减速至2.7公里/小时，几乎处于悬停状态。这使得火星车上的软件能有足够的时间在方圆米的范围内寻找安全降落点。
找到合适的降落点后，悬停在20米高空的空中吊车会慢慢将火星车放下，后者触地后，尼龙绳会被切断。
完成任务的空中吊车会自行飞走，在离火星车尽可能远的地方寿终正寝。
希望如果未来人类真的登陆火星，不要只顾着找火星车和样本，不妨也把它当作人类文明的历史文物保存起来。
任务目标
“勇气号”与“机遇号”帮助人类更好地了解了火星上水的历史，“好奇号”发现了复合有机物的证据，它们是组成生命的原始成分。
这些证据告诉我们，火星过去可能是宜居的。“毅力号”将迈出下一步，寻找古代外星生命的迹象。
选择Jezero火山口，原因在于这里是有38亿年历史的远古湖床，它处于三角洲位置，沉积物中可能存在与生物、生命有关的有机化合物和矿物质。
图
Jezero火山口周围地貌（来源：NASA）
“毅力号”的23个相机将帮助科学家研究火星以获取生命证据。其中最主要的是Mastcam-Z相机，它可以拍摄立体和全景图像，并具有非常强大的缩放功能，可以放大需要进一步研究的目标，例如仔细寻找土壤模式和旧沉积物。
此外，SuperCam相机负责调查岩石中的化学和矿物成分，并配有麦克风，可用于识别火星天气。PIXL和SHERLOC光谱仪将寻找复杂的生物学分子。SHERLOC的Watson相机还将进行显微成像，分辨率可达微米左右，与人类头发丝的直径相当。
“毅力号”需要花费数月时间前往Jezero火山口的第一个勘探点。如果火星上真的存在生命迹象，我们最早在今年夏天就能知道。
全新技术：MOXIE和Ingenuity
NASA的每一项任务都运用了一些时下最先进的技术，“毅力号”也不例外。
第一种技术是MOXIE。这是一种小型装置，旨在通过电解的方式将富含二氧化碳的火星大气转化为可用的氧气。这个过程已经在地球上模拟过，但它在火星上将发挥更重要的作用。
氧气的生成不仅可以为将来的火星殖民提供可呼吸的空气，还可以提供用于火箭燃料的液态氧。“毅力号”工作的前两年，MOXIE大约有10次制造氧气的机会。每次将运行大约一个小时，产生6至10克氧气。
图
MOXIE设备（来源：NASA）
另一种技术是Ingenuity。这是一架1.8千克的小型直升机，有望实现火星上的第一次动力飞行。它的部署大约需要10天。
Ingenuity第一次飞行将升至空中约三米高，悬停和徘徊大约20秒。如果它能成功地在火星的超薄大气（密度为地球的1％）中飞行，那么它将有更多的机会飞往其他地方。
直升机上配有两个摄像头，将帮助科学家准确查看火星的地貌。就其本身而言，Ingenuity并不是火星探索任务的关键，但未来当漫游车无法满足探测需求时，直升机提供了另一种可能。
图
Ingenuity直升机渲染图（来源：NASA）
事实上，这些新技术并不是“毅力号”火星任务的关键。正如文章开头所说，它最关键的使命是寻找生物迹象，同时为将火星土壤样本带回地球做准备。这可能需要10年才能实现。
探测器将钻入地面并收集40多份样本，未来NASA计划和欧洲航天局ESA合作执行一系列联合任务，最早可能在年将样本带回地球。
收集土壤样本并非易事。样品处理臂（SHA）由美国卫星图像兼机器人公司Maxar制造，负责控制钻探工作，并从地面上采集火星土壤的岩心。在火星苛刻的自然条件下，该机械臂需要承受从晚上的-73°C到白天20°C的温度波动。
但最大的难点是，它必须克服火星尘埃的影响。样品处理臂位于火星车下方，会暴露在车轮卷入的大量灰尘中。在最糟糕的情况下，如果设计不当，或者运行中出现了意想不到的小问题，一粒微小的尘埃颗粒就足以让机械臂瘫痪。
现在，“毅力号”的成功登陆令人激动，标志着它迈出了万里长征的第一步。未来，还有更多的挑战等待着它，科学家们期待着它能进一步揭开火星神秘的面纱。
与此同时，这也让我们更加期待中国“天问一号”数月后的登陆任务，预祝“天问一号”探测器上还没有名字的火星车也能成功登陆。
-End-