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人类第八次把探测器成功送上火星,这次是为绘制火星内部构造图 | 99uu在线娱乐小数据

周韶宏2018-11-28 19:40:58

不过,自冷战时期开始,美国、苏联、俄罗斯、日本、欧洲已经执行了超过 50 次火星探索任务,其中大多以失败告终。

在太空飞行了 6 个多月,跋涉 3 亿英里之后,洞察号(Insight)在北京时间 27 日凌晨着陆火星,传回一张火星地表的照片。因为镜头溅上飞扬的尘土,照片有些模糊,但可以看到火星黄色的土壤和岩石。

这是人类历史上第 8 次成功将探测器送上火星。这颗距离地球最远达 4 亿英里(约 6.44 亿公里)的红色星球,一直承载着人类关于生命和生存的终极奥秘—— 地外文明是否真实存在?人类是否可以移居到另一个星球?

21 世纪以来,NASA 一共送上 5 台火星探测器,洞察号是其中第二贵的那个,它一共花费了 9.94 亿美元,包括法国和德国投资 1.8 亿美元建造的主要仪器。前 4 台的花费分别是:勇气号 4 亿美元(2003 年),机遇号 4 亿美元(2004 年,已经休眠),凤凰号 3.86 亿美元(2007 年,已经失联),好奇号 25 亿美元(2012 年)。

之所以更贵一点,是因为它中途延迟。洞察号原计划在 2016 年 3 月发射,但是其中的科研仪器出现了密封问题,发射被推迟到了今年,它原本的造价 6.75 亿美元。

主要任务是为火星“体检”,它将第一次探寻火星内部构造的奥秘。具体来说有 6 项任务:确定火星地核大小、组成和物理状态;确定火星地壳的厚度和结构;确定火星地幔的组成和结构;确定火星内部的热态;测量火星内部火震活动的幅度、速率和地理分布;测量火星表面的陨石撞击率。它会携带仪器和探头对火星的地质活动进行监视,还会有两部仪器永久留在火星。

除了月球,火星大概是人类最为好奇的地外星球。自冷战时期开始,美国、苏联、俄罗斯、日本、欧洲已经执行了超过 50 次火星探索任务,其中大多以失败告终。达成全部和部分设定目标的项目只有不到一半。这其中又有大多数是环绕任务,也就是向火星输送人造卫星,在火星上空拍照、探测,向地球传回数据。

真正到达火星陆地上的探测器只有 8 个,全部由 NASA 完成。到现在也只有洞察号、好奇号和勇气号 3 台火星探测器还在火星上行走和工作。

最早的火星任务是 1960 年前苏联发射的“火星 1A 号”,它甚至都没有能冲出地球轨道,发射完成后因为一节火箭故障而坠毁。这之后美苏以每年 1-2 次的速度竞相发射火箭,但相继失败。

1964 年美国的“水手 4 号”是第一个到达火星的探测器,虽然它只是掠过火星,但拍摄到了历史上第一张火星的照片,人类第一次看到了火星布满斑驳陨石坑的真实面貌。

又过了 7 年,人类才算真正把自己制造的物体送到火星表面。1971 年前苏联的“火星 3 号”着陆器在火星软着陆,它仅仅在火星上工作了大约 20 秒,一张完整的图片也没有发回来就和地球失去了联系。

1976 年,NASA 的两个维京火星探测器(Viking landers)在火星上首次开展了寻找有机物的实验,但也一无所获。

真正有进展的是最近 20 年,盘旋在火星上空的 6 颗人造卫星和 3 台陆地探测器源源不断发回图片和数据,人类找到了疑似冰盖的水源,确认这颗星球上曾经存在水。好奇号还在火星上证实了火星的岩石中存在有机分子,这意味着火星上可能有生命。

不过时至今日人类对火星的认知也并不充分,火星可能和地球有相似的地核、但地壳内部的具体结构、火星的气候和温度规律、地震活动等等都还是未知的领域。

火星和地球有哪些不同?图片来自 NASA

为什么火星探索难度更高?

首要的原因是它太远了。相比于月球,地球到火星的最近距离是地球到月球的 150 倍,这带来很多难题。助推火箭要有足够强大的动力将探测器推出地球轨道,航路漫长,通常需要耗费 6-7 个月时间的太空旅行,通讯和航道偏离都是问题。此前勇气号就在到达火星前修改了 4 次航道。

飞行中也可能遭遇太阳风暴,日本的“希望号”就因此出现事故,最终项目失败。

着陆也是风险极大的最后环节。火星上频发沙尘和风暴,甚至会长达半年。进入大气层后探测器要面临比地球复杂得多的气候环境。在“火星 3 号”之前,同一年“火星 2 号”虽然也抵达了火星,但下落过程中摔的粉碎,登陆失败。

最近的例子是“机遇号”,这台探测器 2004 年抵达火星,原计划工作 90 天却顽强地工作了 14 年。直到今年 6 月,铺天盖地的黄沙遮蔽了太阳,机遇号的太阳能电池板无法工作,整个机器进入了休眠状态,NASA 尝试了各种办法试图“唤醒”它。好奇号使用核能供电,它可以避免这种极端天气造成的电力短缺。

基于以上的原因,火星探测的消耗也就非常巨大。

根据 NASA 2018 财年的预算方案,用于火星探索的预算达到 6.78 亿美元,比 2014 年翻了一倍。其中有 5 亿就用于火星登陆车计划“Mars Rover 2020”,洞察者号就在其中,但仅仅这一台车 NASA 前后已经花费了 8.14 亿美元。

但 NASA 实际的预算并不充足,NASA 的预算最近几年始终徘徊在 200 亿美元左右。美国政府 2019 年财政预算中拨给 NASA 199 亿美元,特朗普计划提前撤出对国际空间站的投资,NASA 寄希望于将国际空间站由政府运营转变成由私营企业接管。

缺钱的 NASA 致力于推动商业化,甚至出售火箭上的冠名权,也计划在太空旅行中向普通乘客出售座位。

2012 年起 NASA 发起 2030 年送人登陆火星的计划,包括研发新的火箭系统、载人飞船和地面发射装置。但到 2017 年 NASA 表示因为资金不足、技术储备不充分,导致这项火星登陆计划被迫停止。

NASA 也还有很多其他项目要做,花在火星探索上的预算只占总预算的不到 5%。在登陆火星计划的项目停滞后,NASA 将任务的重点转移到登月。

多个项目进度缓慢,NASA 收到的批评和指责包括“缺乏计划性”、“没有预算”这种指责。过去几年来,这种质疑声隔一段时间就会出来,甚至包括 NASA 以前的负责人。2016 年 2 月份,在一次美国国会的听证会上,曾经在 2005-2009 担任 NASA 局长的 Mike Griffin 批评 NASA 没有计划性:“引用我的朋友和同事 Jim Albaugh,现在已经退休的波音商用飞机 CEO 的话来说,‘现在这届负责人对我们国家在太空事业上的未来没能提高梦想、视野、计划、预算,也没有自责’”。 

人类还有很多问题尚待解决,贫困、战争、饥荒……为什么要花费巨额资金去研究火星?这个质疑从火星探索初期就未停止。1970 年,时任 NASA Marshall 太空航行中心的科学副总监的 Ernst Stuhlinger 给一位来自赞比亚的修女写了一封信回应,在这篇题为《为什么我们要探索火星》的文章中他说,探索火星并不能直接提供食物解决饥荒问题,然而它所带来大量的新技术和新方法可以用在火星项目之外,产生数倍于原始花费的收益:

“太空探索给人类提供一面审视自我的镜子,它能给我们带来全新的技术、挑战和进取精神,以及面对严峻现实问题时乐观和自信的心态。这充分印证了Albert Schweitzer 那句名言:‘我忧心忡忡地看待未来,但仍满怀美好的希望’。 ”

制图/冯秀霞

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