實(shí)習(xí)記者胡定坤

　　近來(lái)，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的“洞察號(hào)”探測(cè)器的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)很“上火”。他們之前在火星上打一個(gè)深洞，感受其內(nèi)心溫度的計(jì)劃眼看就要夭折。原因是“打洞”的關(guān)鍵設(shè)備、代號(hào)“鼴鼠”的鉆頭卡在火星土壤中已經(jīng)超過(guò) 4 個(gè)月，進(jìn)不去也出不來(lái)。

　　作為人類探測(cè)紅色星球的新兵，“洞察號(hào)”2018 年 11 月才登上火星，今年 2 月，“鼴鼠”就已經(jīng)被困住，究竟是什么原因？除了此次受挫，人造探測(cè)器在火星上還遇到過(guò)哪些問(wèn)題？火星的環(huán)境究竟有多特殊，導(dǎo)致來(lái)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(shè)備的鉆頭。HP3 由德國(guó)航天中心（DLR）研制，它的主要部件包括支撐結(jié)構(gòu)、鉆頭和系帶，工作時(shí)先由“洞察號(hào)”的機(jī)械臂將其安放在指定位置，鉆頭依托支撐結(jié)構(gòu)向下打洞，裝有熱流測(cè)量?jī)x器的系帶則連在后面緊緊跟隨。

　　按照原計(jì)劃，“鼴鼠”將在火星表面至少打一個(gè) 3 米的深洞，用于測(cè)量火星由內(nèi)部到外部的熱流動(dòng)。但是，今年 2 月 28 日，“鼴鼠”在僅僅鉆入 30 厘米之后，便再也無(wú)法深入。最初，NASA 認(rèn)為是堅(jiān)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(dòng)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(wèn)，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(zhuǎn)鉆土，而是依靠?jī)?nèi)部的彈簧裝置驅(qū)動(dòng)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(gè)向上推力，可能導(dǎo)致其好不容易鉆下去又彈回來(lái)，研究人員本來(lái)認(rèn)為“鼴鼠”與火星土壤的摩擦足以將這種反作用力抵消，但現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)似乎并非如此。

　　此外，由于設(shè)計(jì)原因，“洞察號(hào)”的機(jī)械臂可以移動(dòng) HP3 的支撐機(jī)構(gòu)，卻不能將鉆頭拔出，換個(gè)地方重新打洞也是困難重重。

　　“好奇號(hào)”狀況頻發(fā)

　　事實(shí)上，包括“洞察號(hào)”在內(nèi)，登上火星的人造探測(cè)器往往故障頻頻。

　　以 NASA 現(xiàn)役唯一的火星車“好奇號(hào)”為例。“好奇號(hào)”于 2012 年 8 月抵達(dá)火星，之后其計(jì)算機(jī)系統(tǒng)因宇宙射線輻射多次出現(xiàn)故障。2013 年 2 月 28 日，其正在使用的A計(jì)算機(jī)顯示內(nèi)存損壞，控制系統(tǒng)隨機(jī)切換使用備份的B計(jì)算機(jī)，并短暫進(jìn)入“安全模式”，控制人員將A的受損內(nèi)存隔離。

　　2013 年底，“好奇號(hào)”的車輪出現(xiàn)異常，“自拍照”顯示其輪部表面破損。專家們猜測(cè)是火星表面又小又尖的巖石導(dǎo)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(hào)”的地面團(tuán)隊(duì)只能通過(guò)調(diào)整車輪速度以減少巖石的壓力等方式避免破損區(qū)域擴(kuò)大。

　　此后，“好奇號(hào)”又多次出現(xiàn)線路短路、機(jī)械故障等問(wèn)題。特別是 2018 年以來(lái)，其計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更是故障頻發(fā)。2018 年 9 月 15 日，B計(jì)算機(jī)開(kāi)始無(wú)法存儲(chǔ)關(guān)鍵的科學(xué)和工程數(shù)據(jù)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)又切換使用 5 年未用的A計(jì)算機(jī)。進(jìn)入 2019 年，A計(jì)算機(jī)再遇故障，險(xiǎn)些失聯(lián)。今年 3 月，“好奇號(hào)”只得再次切入B計(jì)算機(jī)。

　　環(huán)境特殊致探測(cè)器“水土不服”

　　無(wú)論是“洞察號(hào)”的“鼴鼠”還是“好奇號(hào)”的計(jì)算機(jī)，其在踏上火星之旅前都會(huì)在地球經(jīng)歷無(wú)數(shù)次的試驗(yàn)，但是當(dāng)它們登上火星之后，還是會(huì)遇到各種意想不到的問(wèn)題。比如“鼴鼠”曾在地面模擬的火星土壤中僅用 27 個(gè)小時(shí)就掘進(jìn) 5 米，而到達(dá)火星后卻數(shù)月止步不前。

　　究其原因就是火星環(huán)境與地球大不相同，探測(cè)器發(fā)射前的地面試驗(yàn)不能完全模擬服役環(huán)境，使其到達(dá)火星后“水土不服”。那么，火星環(huán)境究竟對(duì)人造探測(cè)器構(gòu)成哪些挑戰(zhàn)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(cè)車概念和研發(fā)挑戰(zhàn)》一文中作了全面總結(jié)。

　　首先，火星大氣密度低，僅為地球的1%，同時(shí)沒(méi)有穩(wěn)定的磁場(chǎng)，導(dǎo)致表面輻射較強(qiáng)；其次，火星溫度低且變化劇烈，在“海盜號(hào)”探測(cè)器登陸點(diǎn)，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(fēng)化物。更致命的是，火星風(fēng)沙大，春夏兩季易發(fā)沙塵暴，風(fēng)速高達(dá)每秒 30 米，相當(dāng)于 11 級(jí)暴風(fēng)。

　　因此，針對(duì)火星環(huán)境的這些特點(diǎn)，研制火星表面探測(cè)器，要重點(diǎn)解決抗輻射、溫控、崎嶇地形行駛等問(wèn)題，特別是針對(duì)沙塵暴的結(jié)構(gòu)密封、表面耐磨、抗粉塵積累等技術(shù)難題。

總結(jié)

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?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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