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好奇號

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好奇號火星探測車
Curiosity Self-Portrait at 'Big Sky' Drilling Site.jpg
好奇号在火星夏普山山腳下的自拍,攝於2015年10月(用於拍攝照片的機械手臂已被編修而隱藏)
所属组织 NASA
主制造商
任务类型 火星探測車[1]
发射时间 2011年11月26日 (2011-11-26)
15:02:00.211 UTC (10:02 EST)[2][3]
发射手段 擎天神五號541型 (AV-028)
发射地点 卡納維拉爾角空軍基地 LC-41[4]
任务时长 23地球月
現已降落2322日
COSPAR ID 2011-070A
官方网站 火星科學實驗室
质量 900公斤(2,000磅)[5]
功耗 放射性同位素熱電機(RTG)
火星表面着陆
着陆日期

2012年8月5日, 05:17 UTC SCET英语Spacecraft Event Time[6]

MSD 49269 05:50 AMT
着陆地点 蓋爾撞擊坑伊奧利亞沼布萊德柏利降落地英语Bradbury Landing[7]4°35′31″S 137°26′25″E / 4.59194°S 137.44028°E / -4.59194; 137.44028

好奇號英语:Curiosity)是一輛美國太空總署火星科學實驗室轄下的火星探測車,主要任務是探索火星的蓋爾撞擊坑[8],為美國太空總署火星科學實驗室計劃的一部份。

好奇號在2011年11月26日北美東部標準時間10:02於卡納維拉爾角空軍基地進入火星科學實驗室太空船,並成功在2012年8月6日協調世界時05:17於伊奧利亞沼著陸[6]。好奇號經過56,300萬公里的旅程,著陸時離預定著陸點布萊德柏利降落地英语Bradbury Landing[7]只相差2.4公里[9]

好奇號的任務包括:探測火星氣候地質,探測蓋爾撞擊坑內的環境是否曾經能够支持生命,探測火星上的水,及研究日後人類探索的可行性[10][11]

好奇號的設計將是計畫中的火星2020探測車任務設計基礎。2012年12月,好奇號原本執行2年的探測任務被無限期延長[12]

2014年6月24日,好奇號在發現火星上曾經有適合微生物生存的環境之後執行滿一個火星年的探測任務[13]

2018年11月12日,由地球24名科學家組成的團隊,利用延遲15分鐘指令發送,控制與駕駛距地球約1億2,600萬公里的好奇號,駛往預定位置[14]

命名[编辑]

由兒童和青少年命名火星車是NASA的慣例。2008年11月18日,一項面向全美五歲至十八歲學生的為火星車命名的比賽開始。2009年3月23日至29日,普通公眾有機會為九個進入決定的名字進行投票,為火星車的最終命名作為參考。2009年5月27日,NASA宣佈六年級的华裔女生馬天琪(Clara Ma)的“好奇”最終贏得了勝利[15]

任务[编辑]

好奇號首張照片

好奇号的大小是勇气号机遇号和鳳凰號的两倍,重量是其五倍。它将会采集火星土壤样本和岩芯,然后对它们可能可以支持现在或过去微生物存在的有机化合物和环境条件进行分析。

成果[编辑]

2013年9月19日,根據從好奇號得到的進一步測量數據,NASA科學家報告,並沒有偵測到大氣甲烷(atmospheric methan)存在跡象,測量值為0.18±0.67 ppbv,對應於1.3 ppbv上限(95%置信限),因此總結甲烷微生物活性概率很低,可能火星不存在生命。但是,很多微生物不會排出任何甲烷,仍舊可能在火星發現這些不會排出任何甲烷的微生物。[16][17][18]

2015年9月26日,美国航空航天局科學家報告,火星探測車好奇號發現火星土壤含有豐富水分,大約為1.5至 3重量百分比,顯示火星有足夠的水資源供給未來移民使用。[19][20][21][22]

裝置[编辑]

主控電腦[编辑]

採用2台(其中一台為備用)IBM特製型號的電腦,可以承受-55和70度氣溫變化以及1000戈瑞的輻射水平。[23]

硬體[编辑]

軟體[编辑]

在軟體方面,NASA採用VxWorks操作系統。VxWorks由Wind River Systems(已被Intel收購)開發,是在大量嵌入式系統中採用的實時操作系統。之前的火星探測器(旅行者勇氣號機遇號)、火星偵察軌道器都採用VxWorks。

能源系統[编辑]

好奇號採用多任務放射性同位素熱電機。利用鈽-238在自然衰變的過程中釋放出來的熱,再轉換成電力來發電。在任務初期可以可靠地在任何狀況下提供約125瓦的輸出,這個數字會隨著燃料的衰變而逐年降低,但14年後應該還有100瓦。

科學仪器[编辑]

火星科学实验室构造图

好奇號帶上火星的設備是迄今為止送往火星的最為專業和先進的儀器。

主照相机(MastCam)[编辑]

马林空间科学系统公司为火星科学实验室提供主照相机。照相机将具有彩色照片拍摄功能,同时可以拍摄高清晰度视频。

  • 主相機四台(CCD感應器),解像度為1600X1200
  • 使用贝尔RGB滤镜提供真彩色成像功能
  • 使用多滤镜组提供科学多谱成像功能
  • 使用两个独立镜头提供立体成像功能
  • 提供高清晰度视频压缩功能(720P)

装在立着的桅桿上的有两个,一个中焦段定焦、一个望远定焦。(承包商原本开发好了变焦镜头,但因为测试时间不足,没有安装上去。) 第三个装在延伸出去的手臂上,是一个用来近距离拍摄石头用的微距镜相机;而第四个则是装在Curiosity的肚子底下,负责在降落过程中持续拍摄下方的地形,在整個過程中最多可以拍到4000張相片,作為之後在火星上漫遊時的參考。

基本参数(设计目标):

  • 分辨率:150微米/像素(距离2米),10厘米/像素(距离1公里)
  • 波长:400纳米—1000纳米
  • 视场:6度—60度
  • 点距:7.4微米
  • 压缩:硬件MPEG-2视频压缩(I帧:2比特/像素,P帧:0.67比特/像素)
  • 相机内存:256 MB SDRAM,8 GB闪存缓冲区
  • 质量:1.86千克(最佳估计值)
  • 尺寸:8x9.5x12厘米(每个镜头)
  • 功率:13瓦特(工作,每个镜头),5瓦特(闲置,每个镜头)

主照相机以10帧/秒的速度采集压缩MPEG-2视频流,不需要探测器主计算机协助,视频大小为相机内部缓冲区大小决定。

化學相機(ChemCam)[编辑]

采用激光诱导击穿光谱技术,用高能激光在探测1.5-7米距离的目标,RMI相机接收探测目标的等离子体光谱信息,根据物质特征谱线实现目标成分的探测。

導航相機(Navcams)[编辑]

好奇號在桅桿上装有两對导航用的黑白3D相机,每個有45度的視野。主要用於輔助地面控制人員規劃好奇號的行動路線。

避險相機(Hazcams)[编辑]

好奇號在四个角落的較低位置各装有一對避开障碍用的黑白3D相机,每個約有120度的視野。它們主要用來防止好奇號意外撞上障礙物,並在軟體的幫助下,讓好奇號能夠在一定程度上自主決定行走路線。

動態中子返照率設備(DAN)[编辑]

實際上早先在地球上是用於石油勘探的,它發射出中子,然後通過觀察中子與氫原子核相互作用後發生的能量變化來確定氫的存在。將用於在尋找水分子的研究。

阿爾法粒子X射線分光儀(APXS)[编辑]

能夠在10分鐘的快速檢測中,探測到岩石中含量低至1.5%的成分。如果給足夠長的時間,它就能夠探測到含量在0.0001%的物質成分。它對於硫、氯、溴等與鹽的生成密切相關的物質敏感度特別高,可看出是否曾經與水發生過作用。

化學和礦物學分析儀(CheMin)[编辑]

火星樣本分析設備(SAM)[编辑]

依靠好奇號的機械臂取樣来分析土壤或岩石樣本。

機械手臂[编辑]

First drill testsJohn Klein rock, Yellowknife Bay, February 2, 2013).[24]

好奇號的機械手臂有2.1米(6.9英尺)长,有十字型轉台,可以通过350度的旋转范围來转動所持有的五台设备。[25][26]在驱动時,機械手臂是利用三個關節向前延伸與再次收起。機械手臂的質量為30公斤(66英磅)。機械手臂的直徑,包括安裝在其上的工具,約為60厘米(24英寸).[27]

五款器件的兩個都是現場或者接觸式儀器,稱為X射線光譜儀(APXS),以及火星手持透鏡成像儀(MAHLI相機)。其餘三個都與樣品採集和樣品製備功能相關:衝擊鑽,刷子,和機制鏟,篩分和分塊粉狀岩石和土壤樣品。[25][27]鑽孔後岩石中的孔的直徑為1.6厘米(0.63英寸)並達到5厘米(2.0英寸)深。[26][28]

好奇號的機械手臂備有兩個備用鑽頭。[29]好奇號的機械手臂和轉塔系統可以可以將APXS和MAHLI放置在各自的目標,也可鑽入岩石內部採集粉狀樣本,並在機身內火星樣本分析設備(SAM)和化學和礦物學分析儀(CheMin)進行化驗,將分析結果及時回傳地球上的NASA。[26]

通訊速度[编辑]

好奇號與地球的直接數據頻寬大約8Kbit/s左右,但與火星上的3個軌道器的最理想傳輸頻寬則能達到2Mbit/s[30],而2001火星奧德賽號與地球的最大頻寬為256Kbit/s,火星偵查軌道器與地球的最大頻寬為6Mbit/s,但大部分的時間都不會達到此速度。

當火星偵查軌道器或火星特快車從漫遊車上空飛過时,每次能通訊八分鐘,最多能傳輸100~250Mbit的數據,而這100~250Mbit數據需要等待下一次與地球通訊才能傳輸到地球,若火星奧德賽號與漫遊車和地球同時通訊時,火星奧德賽號可以將漫遊車的緩衝資料立刻傳送。

特别装置[编辑]

1美分硬币[编辑]

火星手持透镜成像仪用來校準的標靶,內中的圓形物體就是1美分硬幣。(三維影像

这是一枚印有美国前总统林肯头像的1美分古董硬币,一个多世纪以前它诞生于美国造币厂,也是目前仍在流通的、使用时间最长的美国硬币。1909年,时任总统罗斯福下令制造这种硬币,以庆祝林肯诞辰100周年。[31]

虽然币值只有1美分,但如果以这枚硬币在耗资25亿美元的“好奇号”探索火星之旅中起到的作用来估量的话,它的价值高达7000美元。这枚硬币是“好奇号”火星手持透镜成像仪(Mars Hand Lens Imager, MAHLI)的一个重要零件。火星手持透镜成像仪位于“好奇号”机械臂末端,功能相当于一个超级放大镜,可以拍摄火星表面岩石、土壤的详细图像。

地理学家拍照时经常使用硬币作为校准器来确保照片比例精准。虽然“好奇号”火星探测器上装有其他更为复杂精致的校准器,但是美国国家航空航天局(NASA)还是决定把这枚由火星手持透镜成像仪工程师肯恩·埃迪特捐赠的硬币带上火星,以示对传统科学的尊重。

轮胎花纹[编辑]

好奇号火星漫游车以莫尔斯电码形式在火星上留下了喷气推进实验室的标志[32]。好奇号在测试行驶中留下轮胎标记,以作为估计行驶距离的参考点。

NASA称,在火星表面缺乏明显地标的情况下,漫游车的视觉测距系统可利用这些标记测量距离。轮胎花纹不是普通的直线,而是点缀了对应莫尔斯电码中的点和破折号,每个轮子印有三个字符• – – – / • – – • / • – • •,翻译成英语是JPL,即负责漫游车的喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory)名字缩写。

著陸[编辑]

著陸地點[编辑]

HiRISE(MRO)觀測到的好奇號和周邊地區,左為北 (2012年8月14日)

画廊[编辑]


火星存在水的证据 (火星水文[34][35][36]
Peace Vallis and related alluvial fannear Curiosity's landing ellipse and landing site (noted by +).
"Hottah" rock outcrop on Mars - an ancient streambed viewed by Curiosity (September 14, 2012) (close-up) (3-D version).
"Link" rock outcrop on Mars - compared with a terrestrial fluvial conglomerate – suggesting water "vigorously" flowing in a stream.
Curiosity on the way to Glenelg (September 26, 2012).
宽幅图片
Curiosity's first 360 degrees color panorama image (August 8, 2012).[33][37]
Curiosity's view, from about 200米(660英尺) away, of the Glenelg area - an important science destination (September 19, 2012).
Curiosity at "Grandma's House" which is at Yellowknife Bay - true color. (December 24, 2012).
Mosaic of MastCam pictures taken by the MSL/Curiosity rover on Mars at sunset with real colors (enhanced).

参看[编辑]

參考資料[编辑]

  1. ^ 美国“好奇”号火星车 互联网档案馆存檔,存档日期2013-12-03.,亚太日报,2013年11月26日
  2. ^ Curiosity: NASA's Next Mars Rover. NASA. 2012年8月6日 [2012年8月6日]. 
  3. ^ Beutel, Allard. NASA's Mars Science Laboratory Launch Rescheduled for Nov. 26. NASA. 2011年11月19日 [2011年11月21日]. 
  4. ^ Martin, Paul K. NASA'S MANAGEMENT OF THE MARS SCIENCE LABORATORY PROJECT (IG-11-019) (PDF). NASA Office of Inspector General. 2011年6月8日 [2012年8月6日]. 
  5. ^ Rover Fast Facts
  6. ^ 6.0 6.1 MSL Sol 3 Update. NASA Television. 2012-08-08 [2012年8月9日]. 
  7. ^ 7.0 7.1 7.2 Brown, Dwayne; Cole, Steve; Webster, Guy; Agle, D.C. NASA Mars Rover Begins Driving at Bradbury Landing. NASA. 2012年8月22日 [2012年8月22日] (英语). 
  8. ^ Nelson, Jon. Mars Science Laboratory Curiosity Rover. NASA. [2014-02-02]. 
  9. ^ Impressive' Curiosity landing only 1.5 miles off, NASA says. CNN. [2012年8月10日] (英语). 
  10. ^ Overview. JPL. [2012年8月16日] (英语). 
  11. ^ Mars Science Laboratory: Mission Science Goals. JPL. NASA. 2012年8月 [2012-08-21] (英语). 
  12. ^ Curiosity's mission extended indefinitely. 3 News NZ. 2012-12-06 [2014-06-25]. (原始内容存档于2013-04-06). 
  13. ^ Webster, Guy; Brown, Dwayne. NASA's Mars Curiosity Rover Marks First Martian Year. NASA. 2014-06-23 [2014-06-23]. 
  14. ^ 相隔1億餘公里 火星探測車遠從地球操控格林貝/中央社 2018-11-12
  15. ^ NASA Selects Student's Entry as New Mars Rover Name
  16. ^ Webster, Christopher R.; Mahaffy, Paul R.; Atreya, Sushil K.; Flesch, Gregory J.; Farley, Kenneth A. Low Upper Limit to Methane Abundance on Mars. Science (journal). 2013-09-19 [2013-09-19]. doi:10.1126/science.1242902. 
  17. ^ Cho, Adrian. Mars Rover Finds No Evidence of Burps and Farts. Science (journal). 2013-09-19 [2013-09-19]. (原始内容存档于2013-09-20). 
  18. ^ Chang, Kenneth. Mars Rover Comes Up Empty in Search for Methane. New York Times . 2013-09-19 [2013-09-19]. 
  19. ^ Leshin, L. A.; 等. Volatile, Isotope, and Organic Analysis of Martian Fines with the Mars Curiosity Rover. Science (journal). 2013-09-27, 341 (6153) [2013-09-26]. doi:10.1126/science.1238937. 
  20. ^ Neal-Jones, Nancy; Zubritsky, Elizabeth; Webster, Guy; Martialay, Mary. Curiosity's SAM Instrument Finds Water and More in Surface Sample. NASA. 2013-09-26 [2013-09-27]. 
  21. ^ Webster, Guy; Brown, Dwayne. Science Gains From Diverse Landing Area of Curiosity. NASA. 2013-09-26 [2013-09-27]. 
  22. ^ Chang, Kenneth. Hitting Pay Dirt on Mars. New York Times. 2013-10-01 [2013-10-02]. 
  23. ^ Curiosity: 17 cameras, plutonium, and an 11-year-old computer. The Verge. 2012-08-07 (美国英语). 
  24. ^ Anderson, Paul Scott. Curiosity 'hammers' a rock and completes first drilling tests. themeridianijournal.com. 2013-02-03 [2013-02-03]. (原始内容存档于2013-02-06). 
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  27. ^ 27.0 27.1 Curiosity Stretches its Arm. JPL (NASA). 2012-08-21 [2012-08-21]. 
  28. ^ MSL Participating Scientists Program - Proposal Information Package (PDF). Washington University. 2010-12-14 [2012-08-21]. 
  29. ^ Billing, Rius; Fleischner, Richard. Mars Science Laboratory Robotic Arm (PDF). 15th European Space Mechanisms and Tribology Symposium 2011. 2011 [2012-08-21]. 
  30. ^ Andre Makovsky, Jim Taylor. Mars Science Laboratory Telecommunications System Design (PDF). Jet Propulsion Laboratory (英语). 
  31. ^ 天天新闻. 1美分硬币帮助“好奇号”探火星. 天天新闻. 2012-09-12 [2012-09-12] (中文(中国大陆)‎). [永久失效連結]
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  34. ^ Brown, Dwayne; Cole, Steve; Webster, Guy; Agle, D.C. NASA Rover Finds Old Streambed On Martian Surface. NASA. 2012-09-27 [2012-09-28]. 
  35. ^ NASA. NASA's Curiosity Rover Finds Old Streambed on Mars - video (51:40). NASAtelevision. 2012-09-27 [2012-09-28]. 
  36. ^ Chang, Alicia. Mars rover Curiosity finds signs of ancient stream. AP News. 2012-09-27 [2012-09-27]. 
  37. ^ Bodrov, Andrew. Mars Panorama - Curiosity rover: Martian solar day 2. 360Cities. 2012-09-14 [2012-09-14]. 

外部連結[编辑]

Tharsis MontesHellas PlanitiaOlympus MonsValles MarinerisArabia TerraAmazonis PlanitiaElysium MonsIsidis PlanitiaTerra CimmeriaArgyre PlanitiaAlba Mons
这张图片是火星地形圖,標註的影像熱點漫遊車登陸車的位置。點選在標記上,擬將被引導致相對應的文章頁面。在圖的上端,海拔以顏色呈現:紅色 (高)、黃色 (零),藍色 (低)。