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音頻科普：美國第一輛火星車旅居者是怎樣成功的？
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音頻科普：美國第一輛火星車旅居者是怎樣成功的？
1989年柏林牆被拆除，象征著蘇聯社會主義陣營開始解體，標誌著美蘇兩國冷戰結束。隨之而來的是美國政府在太空任務方麵的投入縮減。新上任的美國宇航局局長（Dan Goldin）告訴大家，如果不改革，那麽5年後，美國宇航局將不複存在。將來美國宇航局的任務都要完成得更快，更好，更便宜。必須激發出研究團隊的技術創新力。
於是有了探路者計劃。使得火星在1997年7月4日迎來了第一輛能夠在火星上成功行駛的車，旅居者號（Sojourner），雖然大小隻有微波爐那麽大。它是隨探路者著陸器（Pathfinder）而來。隻花費了1.5億美元，是之前海盜任務的20%。雖然海盜號著陸器很成功，但那隻是對火星的單向探測。而探路者為探測火星開啟了新方式，就是雙向的。火星車邊行走，邊傳回信息，而後等待地麵科學家分析信息，接收指令，再前進。旅居者號創造出用火星車探測火星的新技術和新方式，帶來了後續的勇氣號、機遇號和好奇號火星車陸續登陸火星，2020年還將發射的火星2020火星車。
要成功降落到火星上，最關鍵的階段就是進入（Entry），下降（Decent）和著陸（Landing）。
團隊設計了多種方案，不斷地建造，實驗，損壞，修複。再重新開始。最大的創新就是使用了氣囊。
旅居者著陸開始，著陸器以每小時16000英裏的速度進入火星大氣層，著陸器外麵有很好的隔熱保護罩，靠與大氣摩擦，減速到每小時900英裏，然後，降落傘打開，接著保護罩下麵打開，彈走，然後放下繩子，氣囊充氣，幾秒中後，著陸器以每小時50英裏的速度落到火星表麵，被彈起幾層樓高，再落回地麵，再彈起，幾個回合後，著陸器停下來，氣囊放掉氣，打開，天線豎起，向地麵傳回信號：著陸器依舊完好！
但是，在降落到火星上之前，不是所有環節都能進行真實模擬實驗，其中就包括降落傘。在地球上無法模擬火星大氣，測試降落傘的減速情況。如果降落傘工作正常，那麽，接下來的難點是知道在什麽時候給氣囊充氣，在落地前幾秒鍾氣囊必須充好氣。開始的設計是繩子底部有傳感器，但不起作用，於是加上了雷達，但又出現了新問題，當繩子放下來後，不停地擺動，雷達測出的數據也是變化的。後來，又加上了反向火箭，使速度降得更低。就這樣，不斷改進，不斷加進新的減速手段。最後的難題是充氣氣囊本身。用當時最強大的計算機，設計氣囊，模擬氣囊的受力和運動，並模擬降落火星整個環節和過程，發現對有些部分考慮得不夠細致，其中就包括充氣氣囊。設計團隊發現，它們對氣囊涉及到的物理星空体育官网入口网站有90%不了解，對降落到火星的探路者有50%不了解。當時技術方麵臨的最大問題就是控製質量。不是發送多少質量到火星，而是能讓多少質量安全降落到火星上。質量越大，慣性越大，降落到火星時，減速就越難。所以，每增加1克，都要仔細斟酌。為了控製質量，團隊領導威脅火星車設計人員，誰增加了質量，誰就可能被開除。十分苛刻，十分有挑戰性，但是他們做到了。
落到火星上，氣囊停止彈跳、滾動後，氣囊中的氣就被放掉，而後，氣囊打開，露出裏麵的儀器設備。豎起的第一個設備是相機，找到太陽，根據太陽，確定地球的方向，然後將天線對準地球，發回在火星上的拍攝的第一張照片。在地麵測試時，除了要控製好火星車自己，還要不斷測試太陽、火星、地球的位置。
相機距離火星表麵大約1米高。豎起的時間不到1秒鍾。相機為火星拍攝廣角照片，以火星探路者為中心，拍攝一周，帶有23種濾光片，用來分析火星地麵物質的組成成分，探測火星大氣的性質。
氣囊放掉氣以後，收縮，著陸器三片像花瓣一樣的葉片打開，旅居者號位於一個葉片上。坡道展開，好讓旅居者號順利通過圍繞在探路者號周圍的氣囊，此時，旅居者號從固定平台上脫開，主動輪向後行駛，其他輪子鎖住不動，整個車身站立起來，同時車上設備準備好，之後，車就從坡道上開下來。車輪設計得可以跨越障礙，即使比車輪大，比車輪高的石塊也能開過去。車開過後，留下很明顯的車輪行駛的痕跡。車可以自己判斷距離著陸器有多遠。
旅居者投入很小，技術創新不是很大，但極具前瞻性，開拓性，成功後，使後續可以做更多更重要的事。噴氣推進實驗室正在研製的火星直升飛機也是這樣的技術。20年後，人們也許談論更多的是如何用火星氣球、火星飛機探測火星。
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於是有了探路者計劃。使得火星在1997年7月4日迎來了第一輛能夠在火星上成功行駛的車，旅居者號（Sojourner），雖然大小隻有微波爐那麽大。它是隨探路者著陸器（Pathfinder）而來。隻花費了1.5億美元，是之前海盜任務的20%。雖然海盜號著陸器很成功，但那隻是對火星的單向探測。而探路者為探測火星開啟了新方式，就是雙向的。火星車邊行走，邊傳回信息，而後等待地麵科學家分析信息，接收指令，再前進。旅居者號創造出用火星車探測火星的新技術和新方式，帶來了後續的勇氣號、機遇號和好奇號火星車陸續登陸火星，2020年還將發射的火星2020火星車。
要成功降落到火星上，最關鍵的階段就是進入（Entry），下降（Decent）和著陸（Landing）。
團隊設計了多種方案，不斷地建造，實驗，損壞，修複。再重新開始。最大的創新就是使用了氣囊。
旅居者著陸開始，著陸器以每小時16000英裏的速度進入火星大氣層，著陸器外麵有很好的隔熱保護罩，靠與大氣摩擦，減速到每小時900英裏，然後，降落傘打開，接著保護罩下麵打開，彈走，然後放下繩子，氣囊充氣，幾秒中後，著陸器以每小時50英裏的速度落到火星表麵，被彈起幾層樓高，再落回地麵，再彈起，幾個回合後，著陸器停下來，氣囊放掉氣，打開，天線豎起，向地麵傳回信號：著陸器依舊完好！
但是，在降落到火星上之前，不是所有環節都能進行真實模擬實驗，其中就包括降落傘。在地球上無法模擬火星大氣，測試降落傘的減速情況。如果降落傘工作正常，那麽，接下來的難點是知道在什麽時候給氣囊充氣，在落地前幾秒鍾氣囊必須充好氣。開始的設計是繩子底部有傳感器，但不起作用，於是加上了雷達，但又出現了新問題，當繩子放下來後，不停地擺動，雷達測出的數據也是變化的。後來，又加上了反向火箭，使速度降得更低。就這樣，不斷改進，不斷加進新的減速手段。最後的難題是充氣氣囊本身。用當時最強大的計算機，設計氣囊，模擬氣囊的受力和運動，並模擬降落火星整個環節和過程，發現對有些部分考慮得不夠細致，其中就包括充氣氣囊。設計團隊發現，它們對氣囊涉及到的物理星空体育官网入口网站有90%不了解，對降落到火星的探路者有50%不了解。當時技術方麵臨的最大問題就是控製質量。不是發送多少質量到火星，而是能讓多少質量安全降落到火星上。質量越大，慣性越大，降落到火星時，減速就越難。所以，每增加1克，都要仔細斟酌。為了控製質量，團隊領導威脅火星車設計人員，誰增加了質量，誰就可能被開除。十分苛刻，十分有挑戰性，但是他們做到了。
落到火星上，氣囊停止彈跳、滾動後，氣囊中的氣就被放掉，而後，氣囊打開，露出裏麵的儀器設備。豎起的第一個設備是相機，找到太陽，根據太陽，確定地球的方向，然後將天線對準地球，發回在火星上的拍攝的第一張照片。在地麵測試時，除了要控製好火星車自己，還要不斷測試太陽、火星、地球的位置。
相機距離火星表麵大約1米高。豎起的時間不到1秒鍾。相機為火星拍攝廣角照片，以火星探路者為中心，拍攝一周，帶有23種濾光片，用來分析火星地麵物質的組成成分，探測火星大氣的性質。
氣囊放掉氣以後，收縮，著陸器三片像花瓣一樣的葉片打開，旅居者號位於一個葉片上。坡道展開，好讓旅居者號順利通過圍繞在探路者號周圍的氣囊，此時，旅居者號從固定平台上脫開，主動輪向後行駛，其他輪子鎖住不動，整個車身站立起來，同時車上設備準備好，之後，車就從坡道上開下來。車輪設計得可以跨越障礙，即使比車輪大，比車輪高的石塊也能開過去。車開過後，留下很明顯的車輪行駛的痕跡。車可以自己判斷距離著陸器有多遠。
旅居者投入很小，技術創新不是很大，但極具前瞻性，開拓性，成功後，使後續可以做更多更重要的事。噴氣推進實驗室正在研製的火星直升飛機也是這樣的技術。20年後，人們也許談論更多的是如何用火星氣球、火星飛機探測火星。
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