NASA毅力號火星車成功著陸火星
騰訊科技訊 北京時間2月19日凌晨,“毅力號"火星車已完成最驚險的一步,在安全度過“恐怖7分鐘”后,成功登陸這顆“紅色星球”的杰澤羅隕石坑。雖然這是美國航天器第9次造訪火星,但毅力號此次背負的使命及使用的“黑科技”都和以往有所不同。
作為登陸火星的“老司機”,NASA早在2015年就已嘗試在火星尋找人類未來的落腳點。遵循早期人類聚集地和文明誕生地均在水源附近的原理,NASA研究學者認為跟著水才能在這顆紅色星球找到生命的跡象,因此毅力號此次落腳點選在了杰澤羅隕石坑——曾經充滿水的高原湖泊。
毅力號此行能否在火星上找到生命痕跡?為了成功度過“恐怖7分鐘”,究竟使用了哪些高科技?放置在毅力號腹部的無人機有什么作用?為什么火星是“最熟悉的陌生人”?人類何時能實現移民火星的夢想?
2月19日,騰訊新聞「空天計劃」推出的《星空對話》第六期,邀請到了北京市科普宣傳大使、科學節目制作人段玉龍對話中國科學院國家天文臺研究員鄭永春,為大家科普和暢談毅力號登陸火星的任務以及它背后的奧秘。
對于“恐怖7分鐘“的由來,鄭永春解釋是因為地球和火星之間遙遠的距離,導致信號傳輸至地球存在時間延遲,科研人員無法指揮探測器進入火星大氣層,因此時間延遲可能導致結果的不可預測,但毅力號的成功登陸,使人類在探索火星的道路上邁出堅實一步。
鄭永春說:“毅力號將利用火星的二氧化碳來生產氧氣,此行任務之一是探索這種技術的可行性。希望未來人類去火星不用背著氧氣包,只用背著氧氣生產裝置的小機器即可。“
以下為嘉賓對話實錄:
段玉龍:各位騰訊新聞的網友大家好,歡迎各位收看我們的節目。今天我們在節目中和大家一起聊聊有關毅力號火星車的相關話題。2月19日凌晨,美國毅力號火星探測器已經成功著陸火星了,那么今天我們和大家一起說說登陸的主角「毅力號火星探測車」。我是科學節目主持人段玉龍,此刻在直播間還有一位天文專家和我們共同來探討這個話題,他是中國科學院國家天文臺研究員鄭永春。你好,永春。
鄭永春:騰訊的網友們,大家好!
段玉龍:據我了解,這輛探測器從2020年7月份就已經發射了,而且去年7月發射的探測器實際上有三個:希望號、天問一號、毅力號,現在毅力號已經落在火星的表面,毅力號落在火星表面之前,看很多媒體報道說有一個叫“恐怖7分鐘”的階段,為什么這么多人關注這7分鐘?這7分鐘當中的技術含量和高科技的看點在哪里?
鄭永春:其實火星探測已經不是新鮮事物了,到今天按照不同的統計,大概已經有47次了,快50次探索火星了。這么多次的火星探測里面,其實難度最大的就是登陸火星,環繞、飛躍以及其他的一些探測方式,相對來說要容易一些,因為不用進入火星的大氣層。最難的一點是要進入火星的大氣層,這種進入的過程歷時7分鐘,它從大氣層外面進去火星,再落到火星表面是7分鐘的時間。就跟我們天上的一顆流行穿過大氣層一樣,從它進入地球大氣層被我們看到,到它落到地面成為一塊隕石就是7分鐘。因為地球和火星的距離很遠,信號傳輸要十幾分鐘的時間,這個時間長度也是不一樣的,根據火星到地球的遠近,短的幾分鐘,長的十幾分鐘到二十幾分鐘。
要進入火星大氣層的這7分鐘里面,我們在地球上沒有辦法實時指揮它。如果它有什么狀況,比如說它的著陸點可能不適合著陸、或者要在著陸中需要調整姿勢,都要靠它自己調節,因為我們從地球上指揮它已經來不及了,這就是時間延遲導致了7分鐘的結果不可預料。美國宇航局預測此次毅力號登陸火星成功概率是40%,就是因為登陸過程是沒有辦法在地面實時指揮的,只能靠之前對火星的了解,和靠航天器自身的判斷減速時機來進行減速。
段玉龍:地球離火星太遠了,我們若用在線直接遙控的方式會發現命令傳到火星后,也許火星車的動作早都做完了,所以還需把整個火星車落在火星的過程交給火星車自己去進行自主的完成。
我們知道火星車落在火星的表面和一個航天器落在地球的表面是有很大的區別,因為火星的大氣層和地球的大氣層密度是不一樣的,這意味著同樣是一個降落傘,這個降落傘在地球上打開可以根據過往的經驗、數學的方式來進行測算它需要多大的傘,以及什么時候可以落在地面。如果這個傘在火星表面打開和在地球上打開完全不同,因為火星的大氣密度僅僅只有地球的1%,整個降落的過程對于毅力號而言也充滿風險。剛才永春說到美國NASA預計毅力號的成功率是40%,但是今天看來是100%的成功。火星上哪些地貌地質特點和地球上有所不同?
鄭永春:火星的地貌和地球的地貌有什么相似,有什么不同?實際上,我們說火星既不是地球的過去,又不是地球的未來,它就是一個火星。火星和地球有相似的地方,也有不同的地方,我們稱它為“熟悉的陌生人”。你在火星上看到的地貌、地形以及一些地質現象,其實在地球上都可以找到一些類似的例子,這是它的相似性。火星上有火山、峽谷、河流的遺跡、海岸線的遺跡,這些東西在地球上都有,都可以找到。甚至加上一些微型的地貌特征,地球上也都有,這是火星跟地球的相似之處。
同時火星和地球又有很多不像,不像在哪里?地球上是有很多生命的,有生物、動物、植物、微生物,但是火星上沒有發現任何形式的動物、植物、微生物,到現在為止都沒有發現。火星跟地球是很不一樣的,它沒有生命的作用。
第二,地球上每天都有江河湖海、風霜雨雪、大氣的降水,水力的作用對地球的地貌形成有顯著的作用。火星上直到現在也沒有大規模的液態水,局部地方可能會有液態水,但是沒有明確的證據,所以水力作用主要是過去的痕跡。對于現在火星地貌的形成,最主要的作用其實就是風力,也就是沙塵暴。玉龍你是西北地區過來的,很清楚風的力量,風能夠塑造火星的地形,也能塑造西北地區的地形。
鄭永春:火星上主要是風力的作用,我們在中國的青海、甘肅以及新疆,都可以找到一些類似火星的地貌,我們也把它叫做“火星模擬基地“,用它可以認識火星上發生的一些地質過程和地貌形成過程,我們把火星叫做“熟悉的陌生人”。
段玉龍:我們在地球上可以見到和火星上一樣的地貌,你剛才講在西北有由風力所侵蝕出來的地貌,我想到了雅丹地貌,甚至我還想到很多火星題材的電影選擇在智利的阿卡塔馬沙漠拍攝。在地球上也許能夠見到火星的影子,但畢竟地球不是火星。據我了解,這次毅力號探測器登陸火星,實際上帶了很多有創舉性的任務,任務之一要在火星上去做和生產氧氣有關的事情,還要在火星上找到生命曾經存在的痕跡。這次毅力號在火星上要做的大事情、大新聞、大動作有哪些?
鄭永春:客觀看待,毅力號此行的任務不一定說多大多重要。科學探索沒有大小之分,我們只是覺得有意思,感興趣,以前未知,我們就希望了解它,這就是科學探索的目的。
剛剛說地球上有很多類似火星的地貌,比如智利的阿卡塔馬沙漠。《火星救援》這個電影是在約旦的玫瑰沙漠拍攝的。同時,在美國的猶他州也有一些模擬基地,甚至航天員可以在那實驗訓練等等。在南極一些干涸的山谷里溫度非常低,跟火星上的溫度類似,因為空氣太冷了,空氣里面濕度也非常低,那些地方沒有冰雪覆蓋,有一些干的山谷,那個地方也被用作火星的模擬基地。
在中國的青海海西洲德令哈附近也有火星的模擬基地,包括冷湖、大柴旦等等都是火星的模擬基地;在甘肅的金昌也有一個火星的模擬基地;在新疆克拉瑪依附近的魔鬼谷也是火星模擬基地,其實這些東西就跟玉龍講的一樣,有些是流水風力形成的紅色地質地貌,這些地方和地球上比較相似,所以科學家會用來進行一些火星和地球的模擬和對比的研究,主要是對比。它也是一個非常好的旅游開發的主題,很多電影紀錄片在那拍攝,也有很多人會去那邊研學、科普、教育、旅游,這都是火星和地球的對比。
話說回毅力號這件事,它已經是美國第5輛火星車。前面4輛我給大家盤點一下:第一輛是上世紀90年代登陸的火星,它叫“旅居者號火星車“,這個火星車叫火星探路者號(MPF),這個火星車其實很小,大概一個籃球這么大,二三十厘米的高度,能力也很有限,只能在著陸器附近繞圈,走不遠。
21世紀初期,2003年左右美國發射了一對雙胞胎火星車叫“機遇號“和”勇氣號“,很多人聽說過,這兩個火星車是一對雙胞胎火星車,儀器、設備、結構都是類似的,但是他們分別登陸在火星上不同的地點,有不同的研究目的,也獲得了很好的結果。這個火星車的設計壽命只有90天,本來它只需要工作90天就可以退休了,在火星上面干三個月也不容易。結果它干了十幾年,一共在火星上跑出了一個馬拉松,這也是人造航天器在地外天地上行駛距離最長的馬拉松記錄,共跑了四十五點幾公里,第二代火星車大概半人高。
到了2012年第三代火星車——好奇號火星車,它跟機遇號和勇氣號相比又有很大的進步,它的高度超過一人高,它的重量也很大,將近有一噸重,要把一噸重的火星車放在火星上,相當于一噸重的隕石滑下來,這是比較復雜、比較困難的。難點在于穿越大氣層的過程中要經受高溫、高壓、高速,還不能被燒壞,逐漸把速度降下來后,也不會在地面上砸出一個坑,這個是登陸過程最麻煩的一件事情。
毅力號火星車在很大程度上跟好奇號火星車有很多相似之處,也可以認為它是好奇號火星車的一個翻版,在好奇號的基礎上進行了很大的改進。比方說它的重量跟好奇號差不多,能源供應方式和好奇號差不多,著陸方式也差不多,最后都要用天空啟動機的方式來著陸。重量跟街上的小汽車差不多,為一噸重,也是通過核電源發電。除了這些還有一些新的改進,這些改進也可圈可點,剛才你提到在火星上生產氧氣,其實氧氣的生產裝置在科學界已經進行了很多年的研究,在地面上也是比較成熟的,但是這次是第一次在火星上生產氧氣,用火星大氣層里面的二氧化碳經過化學變化變成氧氣,這個小機器生產出來的氧氣其實已經夠一個人在火星上一天的生活所需了。如果真的要去火星上,人們不用背著氧氣包,背著一個機器就行了,這是一個很大的進步。
段玉龍:這一次毅力號帶去做氧氣的設備,它的目的是做一種科學驗證還是說打算在火星上生產氧氣,為人類將來去火星移民做準備?
鄭永春:所有的火星探測其實都是兩個目的,一個是了解未知,第二是為未來人類去火星做準備,這兩個目的不矛盾。這樣的一個方式我們叫原位資源利用,原位利用月球上的資源、火星上的資源、天體上的資源,為我們人類在那些星球上的生存做準備。如果大家感興趣,大家可以在網上搜關鍵詞“ISRU”,你會發現很多的相關資料和研究結果,其實我們在其他星球上已經進行過許多原位資源利用的研究。在火星上的原位資源利用主要是利用火星的二氧化碳來生產氧氣,目的其實是探索這種技術的可行性。
我們也知道,已經有人有嘗試未來登陸火星,移民火星的計劃,生產氧氣只是非常早期的一步,像這樣的技術都需要在以后的航天任務里面逐步得到驗證,每一個技術環節都要確保萬無一失,那時候我們才會實現載人登陸火星的設想。
段玉龍:那請您接下來繼續給大家介紹毅力號所帶的探測設備包括它的設計思路跟之前的那幾輛火星車有什么區別?
鄭永春:除了生產氧氣的設備之外,還有另一個非常重要的看點是登陸精度更高了。我們知道火星很大,面積相當于幾個中國,比月亮還要大一倍。科學家對于登陸地點的選擇有明確目的,比如說希望它去某一個山谷、希望它去某一塊平原或某一個平地,它登陸的越精準,距離我們的考察對象就越近,當目標是考察某一個山谷里面的巖石時,很遠距離的地面行進顯然不合適。著陸精準度取決于我們對儀器的控制,對火星的了解,還取決于它自己的一些機動和自主導航的能力。
毅力號在這方面已經有了很大的進步,它能夠在降落過程中進行自主導航,高精度的控制它和地面之間的距離。只有測量與地面之間的距離和明確降落位置這兩點都完成后,它才能夠比較精確的著陸在指定位置,毅力號這方面有非常大的進步。還有一個進步是毅力號上有一架名為靈巧號的無人機,這是第一架在地外天體起飛的無人機。
段玉龍:為什么要千里迢迢送一架無人機到火星上?
鄭永春:無人機不僅在火星上會非常有用,在地球上無人機也有無限的前景。比如快遞,災害應急救援等,現在快遞主要靠快遞員穿街走巷來送達,將來就可以用無人機派送,無人機有很多值得展望的未來,甚至很多的應用場景是我們難以想象的。在火星上如果有這樣一個工具也會非常有用,不僅僅是為了運輸,它還可以提高科學考察的效率以及科學考察的范圍。我們知道毅力號接近一噸重,只靠它的一個放射性核電源來發電,發電量很有限,這種情況下只能開得很慢,考察效率和范圍受到了限制。
還有一點是因為它在未知環境中,與地球還有十幾分鐘的時差,越慢才能越安全。遙控指揮一輛車,前方可能有很多未知的障礙,行進速度不能很快,所以研發人員希望火星車開得越慢越好,慢到什么程度呢?大概每分鐘只行進幾厘米的速度。
它的每一步都有明確目的,研發人員希望它可以考察到我們希望它考察的東西,例如前方的巖石或者一些特殊現象,這種情況下它需要行進好幾天的時間,甚至十幾天的時間才能到達目標位置。但是一旦到達它可能會發現之前的現象是常見現象,只是因為之前距離遠產生誤判,以前經常發生這種情況,去下一個地點又需要很長的時間。而無人機可以改善這個問題,它能夠在火星車上起飛,起飛之后它會考察周邊環境并設計一個最佳路線。
段玉龍:我理解到的火星車搭載無人機的一個重要原因是火星車開得很慢,地面考察會耗費很長時間。現在有無人機就會不一樣,可以放出無人機,先對周邊環境進行考察,科學家在地球上做出指令,毅力號再移動,再進行相關的考察研究,這也是咱們今天說到的毅力號火星車上所搭載的小直升機的非常有趣的作用。
據我了解,毅力號上面搭載的小直升機不如我們在地球上的小無人機的效率那么高。地球上的無人機可以持續飛行半個小時,但是靈巧號在火星上飛行的時間沒有那么長,可能只有幾分鐘的時間,飛行距離也非常短。
鄭永春:是的,作為第一架在火星上起飛的無人機,首先最大的難點是怎么才能讓它飛起來。火星大氣密度只是地球的1%,同樣的螺旋槳,在火星帶不動地球上同樣重的無人機,只有更大的螺旋槳,更輕的機身,才能夠在火星起飛。
在它飛上火星之前,地球上連相關測試都很難,地球上沒有像火星這樣的環境進行實驗。人造真空體積很小,還沒有達到真正的真空,要制造一個很大的空間,達到火星的大氣密度,還要模擬火星上的重力,我們只能在機身吊一根繩子,用這根繩子抵消2/3的重力,再模擬火星上的大氣密度,反復測驗,才能夠讓它在火星成功起飛。
還有一個問題是靈巧號采用太陽能供能,太陽能在火星上也比地球上弱的多。太陽距離地球一個天文單位,1.5億公里,而太陽到火星的距離是1.5個天文單位,2.25億公里。陽光十幾分鐘之后才能到達火星。相隔的距離越長,能量就越弱,火星上太陽光的強度只有地球上的一半不到,所以它需要更大的太陽能電池面積,才能夠有足夠的電量。從這個角度講,無人機在火星上起飛就是一個很重要的進步。
段玉龍:欲窮千里目,更上一層樓,站得高才能夠看得遠,才能提升科考效率。毅力號火星車所降落的區域是做杰澤羅隕石坑,它去那里的目的是要尋找生命的痕跡。在您看來這次到底能不能找到生命的確鑿證據?
鄭永春:科學探索是逐漸進步的,我們對火星的探測和認識不僅體現在技術能力越來越高,更是在科學上的認識也會越來越深,這是火星探測的大方向。毅力號有一個使命是去火星上尋找生命,之前的幾輛火星車的主要目的是追逐水的足跡,看水流的遺跡,發現水沉積的礦物以及發現水作用的痕跡,這些都是之前火星車和遙感衛星的工作。
好奇號以及現在的毅力號把整個火星探測戰略進行轉移,變成尋找火星上的生命痕跡。早在70年代,就有海盜1號、海盜2號這兩個探測器著陸在火星上,當時在一把火星的土壤中添加試劑釋放出來一些氣體,從這些氣體里面檢測到了有機物,表明火星上可能有生命,有一些微生物釋放出來的氣體已經被檢測到了。但之后又提出數據和儀器有一定的誤差,還有需要解決的問題,結論還不太明確,但這在當時已經引起了很大轟動。80年代的時候,科研人員發現一塊隕石叫ALH84001,是1984年在南極發現的,在這塊隕石里找到了一些疑似微生物沉積的痕跡。
段玉龍:這塊隕石是從火星上來的吧?
鄭永春:這塊隕石絕對是火星隕石,隕石內像昆蟲一樣的痕跡也是沒問題的,但是它到底是不是蟲子沒辦法確定。我們還有一些研究指出,這些可能不是微生物,而是一些礦物遺跡,是一些化學變化形成的,而不是生物的反應形成,只是形狀像昆蟲而已。全世界在很長時間里都在討論火星上是否有生命,甚至卡爾薩根當時還寫過一段話:“火星是火星人的火星,哪怕它們只是微生物”。地球人占領地球,火星人占領火星,哪怕它們是微生物,我們也不能去打擾它們。由此引出了到現在為止我們一直貫徹的行為準則叫“行星保護原則”,我們從地球上發射過去的航天器包括毅力號、好奇號這些火星車都不能攜帶地球的生命。
段玉龍:如何把攜帶的所有的生物都去除掉?
鄭永春:這里需要進行徹底全面的消毒,比如通過紫外線照射,120攝氏度蒸煮24小時,盡量消除航天器上攜帶的微生物。在地球上很難消除微生物,完全消除幾乎不可能,所以一定會有部分被攜帶過去,只是要盡可能減少數量。
我們的儀器不能使用消毒液消毒,所以存在微生物是不可避免的。“行星保護原則”就是指不能帶任何微生物去火星,如果這些微生物生存下來,以后再去尋找生命就難以分辨是大規模繁衍的地球生物,還是原生生物。接下來到21世紀,火星探測又取得一些進展,美國和歐洲的航天器在火星的大氣層里都發現了甲烷。
段玉龍:發現甲烷意味著生命?
鄭永春:簡單的來說在地球上有甲烷就有生命,地球上的生命一般會釋放出甲烷氣體,比如說河底的淤泥也會釋放出氣泡,這種氣泡都是生命的證據。除此之外,一種礦物橄欖石,它跟水反應也會產生甲烷氣體。發現甲烷氣體,是沒有辦法判斷到底是微生物反應產生的,還是橄欖石跟水反應產生的。我們現在沒有辦法確定,現在我們雖然找到甲烷,而且到處都有,濃度時高時低,還是難以判斷它是跟生命有關的。
談及這次毅力號,它要登陸的地方是精心選擇的,火星上已經列出了幾百處值得探索的地方,大家覺得這些地方特別奇怪,可能跟生命有關,可能跟河流有關,有可能跟各種特殊的地質現象,權衡之后,覺得杰澤羅這個地方最有價值,最優先應該去的。
段玉龍:這是為什么呢?
鄭永春:因為這個著陸的地方是一個河流的沖擊扇,有點像我們珠江三角洲、長江三角洲、黃河三角洲,它沒有那么大規模。實際上是大量的泥沙以及礦物、營養物質涌入到這個三角洲里面,河流入海口水產品非常豐富。比方說長江入海口、江蘇啟東、呂四漁港、錢塘江的入海口、舟山漁場、廣東那邊跟珠三角和黃河三角都是海產品比較豐富的地方,這樣的地方實際上是最有可能有生命的地方。
看看在最有可能產生生命的地方到底有沒有一些生命的信號。最后要得到的結果我相信有一些新的進展,但是還沒有辦法做到鐵板釘釘,上面就有生命。我們現在沒有辦法直接看到微生物的活動現象,我們只是看到了微生物生命活動的一些產物,比如甲烷氣體,其實判斷的是這個。真正要看到活的生物,哪怕是活的微生物,其實最佳的辦法還是要采集樣品帶到地球上,在顯微鏡下,在培養皿里進行培養。那時候才能板上釘釘,火星上有沒有生命。現在來講,火星表面肯定不存在生命的。
因為火星的土壤是有毒的,它有很強的氧化性,有點像雙氧水一樣,有很強的氧化性。同時火星表面的紫外線強度也非常強,我們在地球上安然無恙的生活,有賴于臭氧進行過濾,紫外線沒有那么強。紫外線是一種消毒劑,如果紫外線對火星表面進行長達十幾億年,幾十億年的消毒,那邊還會有生物嗎,連有機物都存活不下來,更別提生命。現在還是沒有辦法確定火星上有沒有生命,為了這個目標,毅力號還有一個重任,這次要采樣的,上面帶了很多樣品管,每個樣品管大概有一、二十厘米長,有幾十個這樣的樣品管,會收集沿途看到的有意思的地質樣品,采樣,把土壤、巖石收集起來,封存起來,下一次或者下下次,不知道哪一次,可能2026,也有可能2030,其實要看能力,要看具體的計劃,希望在下一次火星探測的時候把樣品帶回來。每次采樣能力都很有限,采的地點也很有限,趁著這次在上面跑的時間,讓它盡可能多收集樣品,將來能夠帶回到地球上。只要一克,我強調一下,只要一克樣品,我們關于火星的很多謎團都可以得到回答,真正的實物可以在實驗上里面,用地球上最強大的科技能力,這種高精尖的分析儀器對它每一個顆粒進行非常詳細的、多學科的、360度無死角的探測,只要有蛛絲馬跡,地球上都可以發現。我們現在為什么費那么大勁,毅力號上有23個相機,這么多相機,這么多分析儀器,我們還是不能回答這個問題,都源于我們地球上的分析設備太龐大,運不到火星上。
如果大家看一下地球化學研究專業的一些什么質樸儀、大型望遠鏡、各種顯微鏡就會知道了,每一個儀器都有房子這么大,甚至好幾個房子這么大,我們沒有辦法把它運過去。這些儀器要經過專業訓練的科研人員要進行一些非常復雜的處理流程,一步一步,有很多步驟,每一步都非常精細,這樣的過程在火星上沒有辦法實現。光是靠火星車沒有辦法回答有沒有生命,但是一定會有新的突破。
段玉龍:比如說下一次登上火星的是人,人到了火星上之后不用把樣品帶回來,能夠得出火星上有沒有生命的結論嗎?
鄭永春:其實我們說航天發展到現在,深空探測發展到現在,人的作用和價值已經越來越重要了。當然,這里面一直是有爭論的,經常有人說載人航天沒有必要把人送上去,因為機器人都可以做類似的工作。實際上我們回頭再考慮一下,人的作用和價值是不可替代的,人的經驗,人的專業知識,人的專業技能是不可替代的。跟你身臨其境去到一個現場,能夠非常輕松地判斷這是什么,那是什么,這是什么痕跡。我們說一個專業的地質學家到野外能夠非常輕松認出這是什么石頭,這里曾經有流水、有火山還是有風力,還是有生命,其實有非常多的信息和證據告訴你。你靠機器人,他沒有這些專業訓練,也沒有這些技術和能力,有的時候就是靠你眼睛就能看出來,靠手就能摸出來,第一手的人的身臨其境的認知仍然是不可替代的。
不論是人要登陸火星還是要登陸月球,一方面人有主動性,我們知道主動想做什么,機器不會。第二,人有一些專業的積累,一些經驗,這些東西也是機器所不能替代的,特別重要的是人登陸一個星球有很強的象征意義,它代表我們人類向外走出一大步。
下個月中國的空間站核心艙就要發射,將來中國人就會長期生活在太空里面,這是我們走向太空的一步,下一步就要登陸月球,再下一步就是登陸火星。每一步邁出去,大家都有一個極強的象征意義,不是說中國人邁出去了,而是說人類邁出去了。中國人要做這樣的事情,我們代表整個人類走出了走向太空的這一步,人登陸其他的星球還是有不可替代的價值和重要的象征價值。
段玉龍:您提到中國航天,我國的“天問一號”和毅力號都是在去年7月份發射,為什么天問一號在今年大年三十到了火星軌道變軌以后,先要圍著火星公轉,而毅力號是直接登入火星落到降落地點。這里我們也了解一下天問一號為什么還要做這么長時間的等待,新聞報道在5月份時才會降落火星,中間我們要干什么?
鄭永春:這個問題非常好,天問跟毅力到底有什么不同?其實一個火星這么大,能夠探測的目標很多,各自的發展階段又不一樣,我們的技術能力也不一樣,技術基礎也不一樣。我們完全可以做不同的事情,目的都是為了了解火星。美國毅力號這次為什么可以直接著陸下去,而不用再像我們帶一個軌道器在天上轉,原因是它在天上有軌器而且不止一個。它有一個火星探測軌道器叫MRO,還有一個軌道器叫MAVEN,包括歐洲也有軌道器,到現在火星上至少有8個航天器正在工作,這次又要去3個,此時此刻相當于有11個航天器在火星上工作。
毅力號拍攝的照片獲得的探測數據都是要通過火星勘測軌道器,已經有的火星衛星傳回地球。它為什么直接可以落下去?因為天上之前有東西,而且是很多年前,五六年前,七八年前發過去的東西,一直在那繞。中繼衛星沒辦法缺少,火星車沒有辦法直接跟地球進行高速的數據傳輸,沒有這個能力,雖然有一定的通信能力,但是沒有辦法把大量的數據傳回來,所以需要中繼衛星。
中繼衛星就是火星上的遙感衛星,他們已經有了,中國要靠天問一號自己帶過去,如果天問一號也分成兩次,一次先發一個衛星繞起來,第二次再發一個車讓它落下去,其實也能夠實現,這是兩個路徑。我們要分兩次執行,而且每一次發射窗口又非常有限,780天,26個月才有一次機會,一次機會里面萬一有一次失敗了呢,軌道器去了火星車沒有成功,火星車去了軌道器沒有成功,這都是不可以接受的結果,所以我們選擇把三個東西一起放過去。有軌道器,又有遙感衛星和中繼衛星,又有著陸器就是一個火星車和著陸器。這樣使得你這個航天器就很重,又要把火星車,又要把軌道器帶過去,重了到火星附近剎車就比較困難。大卡車剎車跟小汽車剎車肯定不是一個量級,大貨車在路口剎車,距離很長,聲音也很刺耳。
天問一號抵達火星的時候在臘月二十九,在火星上踩了關鍵的一腳,現在已經環繞火星成功了,前幾天從環繞火星的赤道軌道變成環繞火星兩極的軌道,它能夠對火星的全球進行遙感探測,能夠得到大量的火星圖像和數據。這個軌道要進行長時間的調整,剛剛剎車的時候是一個大橢圓軌道,近火點只有400公里,遠火點有十幾萬公里,地月之間就38萬公里,所以非常遠的距離,慢慢收斂下來,收斂是需要時間的,離火星越來越近,這個過程中它沒有閑著,每次都會獲得大量的火星表面的遙感圖像,從這些遙感圖像里面加深我們對火星的認識,考察我們選擇的著陸場,也就是烏托邦平原里的某一個基點,這個基點大概相當于中國的兩廣地區的經緯度。
這樣一個地方需要用天問一號進行考察,收斂它環繞的軌道,找到合適的登陸時機。為什么天問一號大年三十已經抵達火星,5月份才登陸?其實是因為天問一號采用了不同的探測策略。
段玉龍:看有一些網友也說過去無論是歐洲甚至印度、蘇聯、還有美國,都對火星有很過大量的探索,美國比較領先,美國有很多火星方面的數據,那么數據為什么不能共用?為什么不能直接登入火星?因為這些數據不是我國一手獲得的數據,要想在火星上走得比較順利,必須獲得一手數據。2月底到5月份對火星有了更全面的了解,建立了屬于自己數據之后才能有的放矢,讓火星車落到預定的位置去,而且整個數據的獲得過程也會提升火星車落到火星上的幾率的成功率。
鄭永春:,歐洲的兩次火星著陸都出現了失敗,第一次火星快車攜帶一個著陸器叫“獵頭犬2號“,著陸的時候失蹤了。第二次是2016年攜帶了一個著陸器叫“斯基阿帕雷利號“,在著陸之后也失敗了。歐洲和美國關系較好,數據應該充分共享,情報也是共享,歐洲人失敗了,美國人也沒幫忙。這就說明這些方面的核心機密和能力,還是有所保留的,大家也是可以預料到。
第二方面,對于火星探測這件事情,第一手的數據、第一手的經驗以及技術能力的驗證,都得靠自己一步一步走。雖然說火星探測是全人類的事業,火星的科學數據是向全世界公布,比方火星的地形數據、地貌數據,氣象、環境這些數據。中國的科學家早就在用這些數據做研究,我國也發表了一些相關的論文。
總體上,從技術的角度,對火星認識理解的角度,是需要我們自己來邁出這一步。沒有別人幫你能夠吃飯,也沒有人能夠幫你走路。從這點來講,我們從第一步上來講已經走得非常快了,不是一小步而是一大步。
段玉龍:這一大步不是我們淺顯看到的,邁出去的一步。從火箭到衛星再到載人航空,還有天宮2號的建設,正是中國人一步一步走過來,正是了這樣的積累我們看到了天問一號抵達火星,正在對火星進行非常細致的觀察,得到足夠的數據,切實可行的方案制訂以后,天問一號也會按照原定的計劃降落在火星,對于全人類而言都是非常重要的一步,那么在這里希望,天問一號在內的火星探測器,還有今天的主角毅力號,還有其他的火星探測器都能夠在奔赴火星這條路上有很多的收獲,一步比一步走得更前,一步比一步帶來的收獲更多,因為帶來的這些收獲是科學的進步,同樣也是全人類的進步。
今天這期直播就到這里,非常感謝永春,希望未來有機會還能夠這樣見面聊天,希望大家繼續關注騰訊新聞,關注騰訊新聞很多精彩的科學內容制作,希望有機會和大家相聚在一起,聊一聊火星,聊一聊宇宙深處,聊一聊星辰大海。永春有一句話我特別喜歡,心懷星辰大海,我們才能夠看的更遠,才能夠走的更遠,才能夠重新對于自己和世界建立一個全新的認識。
鄭永春:玉龍已經把我的話也說完了,現在的技術讓我們更加便捷,我們可以經常在網絡上見面,也可以讓我們實時了解世界的進步,所有的進步都是人類的進步,中國人也有這樣的胸懷,我們能夠熱切期待其他的國家,其他的民族能夠在火星探測的征途上取得成功。這里再次祝大家牛年大吉,健康平安。
段玉龍:牛年大吉,牛年行大運,祝各位牛牛牛,今天我們這期直播到這里結束了,再會。