實習記者胡定坤

　　近來，美國國家航空航天局（NASA）的“洞察號”探測器的項目團隊很“上火”。他們之前在火星上打一個深洞，感受其內心溫度的計劃眼看就要夭折。原因是“打洞”的關鍵設備、代號“鼴鼠”的鉆頭卡在火星土壤中已經超過 4 個月，進不去也出不來。

　　作為人類探測紅色星球的新兵，“洞察號”2018 年 11 月才登上火星，今年 2 月，“鼴鼠”就已經被困住，究竟是什么原因？除了此次受挫，人造探測器在火星上還遇到過哪些問題？火星的環境究竟有多特殊，導致來自地球的訪客各種水土不服？

　　“鼴鼠”打洞被困

　　“鼴鼠”是全稱為“熱流與物理性能探針（HP3）”的設備的鉆頭。HP3 由德國航天中心（DLR）研制，它的主要部件包括支撐結構、鉆頭和系帶，工作時先由“洞察號”的機械臂將其安放在指定位置，鉆頭依托支撐結構向下打洞，裝有熱流測量儀器的系帶則連在后面緊緊跟隨。

　　按照原計劃，“鼴鼠”將在火星表面至少打一個 3 米的深洞，用于測量火星由內部到外部的熱流動。但是，今年 2 月 28 日，“鼴鼠”在僅僅鉆入 30 厘米之后，便再也無法深入。最初，NASA 認為是堅硬的石頭擋了路。

　　但近日，NASA 宣布石頭阻擋的可能性極小，“鼴鼠”動不了的真正原因可能是火星土壤摩擦力不足。很多人不禁要問，摩擦力小，不是更容易打洞嗎？

　　這就要回歸到“鼴鼠”的工作原理了，其雖名為“鉆頭”，卻并不旋轉鉆土，而是依靠內部的彈簧裝置驅動撞錘撞擊使尖銳的頭部刺入地下。但撞錘撞擊反彈后將給鉆頭一個向上推力，可能導致其好不容易鉆下去又彈回來，研究人員本來認為“鼴鼠”與火星土壤的摩擦足以將這種反作用力抵消，但現在發現似乎并非如此。

　　此外，由于設計原因，“洞察號”的機械臂可以移動 HP3 的支撐機構，卻不能將鉆頭拔出，換個地方重新打洞也是困難重重。

　　“好奇號”狀況頻發

　　事實上，包括“洞察號”在內，登上火星的人造探測器往往故障頻頻。

　　以 NASA 現役唯一的火星車“好奇號”為例。“好奇號”于 2012 年 8 月抵達火星，之后其計算機系統因宇宙射線輻射多次出現故障。2013 年 2 月 28 日，其正在使用的A計算機顯示內存損壞，控制系統隨機切換使用備份的B計算機，并短暫進入“安全模式”，控制人員將A的受損內存隔離。

　　2013 年底，“好奇號”的車輪出現異常，“自拍照”顯示其輪部表面破損。專家們猜測是火星表面又小又尖的巖石導致行駛中的車輪金屬表皮頻繁變形，最終疲勞破裂。之后，“好奇號”的地面團隊只能通過調整車輪速度以減少巖石的壓力等方式避免破損區域擴大。

　　此后，“好奇號”又多次出現線路短路、機械故障等問題。特別是 2018 年以來，其計算機系統更是故障頻發。2018 年 9 月 15 日，B計算機開始無法存儲關鍵的科學和工程數據，項目團隊又切換使用 5 年未用的A計算機。進入 2019 年，A計算機再遇故障，險些失聯。今年 3 月，“好奇號”只得再次切入B計算機。

　　環境特殊致探測器“水土不服”

　　無論是“洞察號”的“鼴鼠”還是“好奇號”的計算機，其在踏上火星之旅前都會在地球經歷無數次的試驗，但是當它們登上火星之后，還是會遇到各種意想不到的問題。比如“鼴鼠”曾在地面模擬的火星土壤中僅用 27 個小時就掘進 5 米，而到達火星后卻數月止步不前。

　　究其原因就是火星環境與地球大不相同，探測器發射前的地面試驗不能完全模擬服役環境，使其到達火星后“水土不服”。那么，火星環境究竟對人造探測器構成哪些挑戰呢？NASA 下屬格倫研究中心總工程師詹姆斯·J·扎克拉澤克等人曾在《探測車概念和研發挑戰》一文中作了全面總結。

　　首先，火星大氣密度低，僅為地球的1%，同時沒有穩定的磁場，導致表面輻射較強；其次，火星溫度低且變化劇烈，在“海盜號”探測器登陸點，夏季土壤最高溫度僅為 27℃，凌晨最低溫度卻有-18℃，冬天最低溫度更是降為到-107℃，每天最高溫度和最低溫度平均相差 40℃；再者，火星地形起伏更大，南半球海拔高卻坑坑洼洼，北半球海拔低遍布沉積物、火山、風化物。更致命的是，火星風沙大，春夏兩季易發沙塵暴，風速高達每秒 30 米，相當于 11 級暴風。

　　因此，針對火星環境的這些特點，研制火星表面探測器，要重點解決抗輻射、溫控、崎嶇地形行駛等問題，特別是針對沙塵暴的結構密封、表面耐磨、抗粉塵積累等技術難題。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的水土不服，人造探测器在火星常“犯病”的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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