经过七个月和大约3亿英里,火星2020年2月18日的持续防御者降落在红星球上,以获得至少一个火星年(687个地球日)的主要任务跨度。

美国国家航空航天局选择Jezero火山口作为着陆现场的坚持不懈。科学家认为该地区曾被水淹没,是古河三角洲的家园。可以想象,在这些潮湿的时刻中的一个或多个中,微生物生命可能在Jezero中居住。如果是这样,他们的遗体迹象可能会在湖床或海岸线沉积物中找到。科学家们将研究该地区如何形成和发展,寻求过去生活的迹象,并收集火星岩石和土壤的样品,可能会保护这些迹象。

虽然坚持不懈地旨在找到古代生活的证据,但它也将实施能够实现未来生命的技术 - 人类生命 - 存在于火星上。

往返行程的第一段

坚持不懈的是火星往返的第一站。核实火星古代生活带来了巨大的证据。坚持不懈的是第一个将样品缓存系统带到火星的流动站,以便通过未来的使命包装有希望的样本来返回地球。

与“好奇号”探测器上的钻头不同,“毅力号”的钻头将切割一块粉笔大小的完整岩心,并将其放入样管中。毅力号腹部携带的试管大小和形状与标准实验室试管差不多。主要由钛制成,每个样品管重量不到2盎司。“毅力”号在火星表面上放置管子后,一层白色的外部涂层可以防止太阳的加热,这可能会改变样品的化学成分。外部激光蚀刻的序列号将帮助团队识别这些管子及其内装物。

在“毅力号”调查火星的过程中,科学家们将决定何时何地钻探样本。这些货物将被包装在管道中,其中有有史以来最复杂、技术最先进的装置:样本缓存系统。在“坚持”号上的管子中,有多达38个管子注定要装满火星岩石和风化层。另外五个是“见证管”,装载了用于捕获分子和颗粒污染物的材料。它们将在火星上一次打开一个,观察主要在样本收集地点附近的环境,记录在样本收集过程中可能出现的任何来自宇宙飞船的地球杂质或污染物。

美国宇航局和欧洲航天局(ESA)正在研究一个检索任务,包括NASA LED样品检索兰德,将在火星轨道和ESA-LED地球返回轨道上发射检索到的样品,这些样品将与火星轨道中的样品结合并将它们带回地球。

按照目前的设想,着陆器将于2026年发射,并于2028年抵达火星,在杰zero陨石坑附近的毅力号附近着陆。它将火星探测器放置在火星上,取走隐藏的样本,并将它们转移到火箭上。另一种选择是让“毅力号”保留一些样本,并将它们直接送到火箭上。然后,该火箭将成为史上第一个从另一个行星发射的火箭,将样本返回容器运送到火星轨道,轨道器将捕获密封的样本容器,并在21世纪30年代初返回地球。

SHERLOC将研究五小块宇航服材料。SHERLOC是“毅力”号上用来分解火星土壤样本以确定其成分的仪器。

火星聪明

独创性火星直升机已经准备好首次亮相。这架4磅重的直升机——由专门设计的部件和现成的部件组成——装在“毅力”号的腹部,从探测器的电源接收能量。一旦“独创性”被部署到火星表面,它的电池将完全由直升机自己的太阳能电池板充电。

小型工艺将在这个春天开始30米图尔日(31%)的实验飞行试验窗口。对于第一次飞行,直升机将从地面上几英尺起飞,悬停在空中约20到30秒,并降落。直升机在没有人体控制的情况下苍蝇。它必须使用预先发送的地球的最小命令起飞,飞行和土地。

在那之后,该团队将尝试更多的实验性飞行,逐步增加距离和更高的高度。在直升机完成它的技术演示之后,“毅力”号将继续它的科学使命。

如果成功,“独创性”将证明,由飞机驱动、控制的飞行可以在火星上实现,使未来的火星任务有可能通过第二代旋翼机增加空中维度的探索。

一个带有“moxie”的设备

把宇航员送上火星最困难的事情之一就是把他们带回家。从这颗红色星球的表面发射火箭需要大量的氧气,这些氧气和火箭燃料组成了推进剂。一个四人小组需要大约55000磅(25吨)的火箭燃料来产生15000磅(7吨)的推力。但是如果宇航员可以从稀薄的(火星)空气中获取氧气,而不是运输所有的氧气呢?

“火星氧气原位资源利用实验”(MOXIE)仪器与“毅力”公司的主要科学项目不同。探测器的主要目的之一是捕捉可回收的岩石样本,这些样本可能带有古代微生物生命的迹象。虽然“毅力”有一套工具来帮助实现这一目标,但MOXIE只专注于未来人类探索工作所需的工程。

自太空时代的黎明以来,研究人员已经谈到了原位资源利用率(ISRU)。将其视为生活在土地上,使用当地环境中的可用 - 包括发现可以融入使用的水冰;在洞穴中庇护;或为火箭推进剂产生氧气,当然,呼吸。火箭推进剂是宇航员需要的最重的消耗资源,所以能够在目的地生产氧气将使第一个营业的火星之旅更容易,更安全和更便宜。

这个例证描绘了样品管的内部被携带的肩膀坚持不懈。43个样品管是轻巧的,耐寒地求往返往返的需求,因此清洁,未来的科学家将相信他们正在分析的是100%火星,没有尘世的污染物。(NASA / JPL-CALTECH)

火星的大气层对人类生活构成了重大挑战,但它非常适合制造氧气。它只有地球大气层的1%厚,但其中95%是二氧化碳,其中含有氧气。MOXIE用泵吸入空气,然后利用电化学过程从每个二氧化碳分子中分离出一个氧原子,留下一氧化碳作为副产品。当这些气体流经系统时,系统会对它们进行分析,以检查产生了多少氧气,有多纯净,以及系统工作的效率。每次实验结束后,所有的气体都排回大气中。

这种电化学转换需要高温 - 约1,470°F(800°C) - 为了工作。为了管理那些高温,Moxie比烤面包机大一点,具有各种耐热材料。特殊的3D印刷镍合金零件加热并冷却流过仪器的气体,而称为气凝胶的超轻绝缘体在热量中保持在热量,以最大限度地减少将其保持在操作温度下所需的功率。Moxie外面涂在一层薄薄的金色上,这是红外线的优异反射器,并将那些起泡的温度散发到坚持不懈的其他部分。

MARS上的全规模Moxie系统可能比家用炉更大,重约2,200磅 - 几乎和毅力本身一样多。工作正在进行中,在不久的将来开发一个原型。预计艾西威将在一个火星年(两栖历年)的过程中跑到大约十次,允许美国航空航天局观看它在不同季节的工作程度。结果将向未来的氧气发电机设计通知设计。

服了

这幅艺术家的概念画描绘了火星上的宇航员和人类栖息地。美国宇航局的“火星2020”探测器携带了多种技术,可以使火星更安全,更便于人类探索。

在宇航员到达火星之前,他们将面临一个关键的问题:在火星稀薄的大气层允许更多太阳辐射和宇宙射线到达地面的地方,他们应该穿什么?为了确定这一点,“毅力”号携带了第一批送往火星的宇航服材料样本。

虽然流动站收集岩石和土壤样品以供未来返回地球,但是将通过称为Sher-Loc的仪器研究五块小块的太平件材料(扫描有机物和化学品的拉曼和发光的可居住环境)。包括一块头盔遮阳板的材料嵌入夏洛克的火星陨石的片段旁边。

这些材料是邻织物 - 由Nomex,Gore-Tex和Kevlar - VeCtran组成,用于用于滑动手套,铁氟龙和用于头盔遮阳板的聚碳酸酯。这些材料将用于外套的外层,其将暴露于最辐射。

在火星上,辐射会破坏材料的化学成分,削弱它们的抗拉强度。SHER-LOC将帮助确定这些材料可以使用多久。该装置的设计目的是测定探测器收集的火星岩石的成分,同样也可以测定宇航服的材料。

一个粗纱气象学家

火星即将收到一连串新的天气预报。“毅力号”在杰泽火山口搜寻古代微生物生命的迹象时,将提供关键的大气数据,帮助未来前往火星的宇航员在一个没有可呼吸氧气、温度极低、遍布行星的尘暴和来自太阳的强烈辐射的世界中生存。

天气数据背后的仪器是Mars环境动态分析仪(Meda)。其目标的一部分是收集基础:温度,风速和方向,压力和相对湿度。在恒定的降落部位的温度模型在夜间的平均水平为-126°F(-88°C)至下午约-9°F(-23°C)。

连同NASA好奇号火星车和洞察号着陆器上的气象仪器,这三艘飞船将在另一个星球上创建第一个气象网络。

但是MEDA和它的前辈们的一个关键区别是它还能测量火星大气中尘埃粒子的数量、形状和大小。尘埃是火星表面任务的重要考虑因素。它覆盖了所有东西,包括宇宙飞船和他们可能有的任何太阳能电池板。它还推动地表和大气中的化学过程,影响温度和天气。Perseverance团队想要了解更多关于这些交互的信息;这样做也将有助于团队规划“独创性火星”直升机的操作。

在地球上,大气层和地球磁场保护我们免受辐射。但火星上没有全球磁场,所以测量尘埃和辐射是密切相关的,尤其是在宇航服的设计上。辐射对宇航员来说可能是最极端的条件,所以保护宇航员免受辐射的宇航服至关重要。

为了进行测量,Meda将自身唤醒每小时,日夜,无论是伸展还是小睡。这将创建几乎不断恒定的信息流,以帮助填补空白

火星上的3d打印金属部件

毅力号携带了11个3D打印的金属部件;其中5个在行星x射线岩石化学仪器(PIXL)中。PIXL与探测器机械臂末端的旋转塔中的其他工具共享空间。为了使仪器尽可能轻,美国宇航局设计了PIXL的两件式钛外壳,一个安装框架和两个支撑支柱,将外壳固定在臂的末端,使其中空且极薄。事实上,这些3d打印出来的零件的质量比传统生产的要少三到四倍。

Perseverance公司的其他六个3d打印部件也可以在MOXIE中找到,MOXIE中有六个热交换器——手掌大小的镍合金板,保护仪器的关键部件免受高温的影响。传统的热交换器需要由两部分组成并焊接在一起,而MOXIE的热交换器是3d打印成单个部件的。

火星上的太空激光

当阿波罗宇航员降落在月球上时,它们带来了与它们称为逆向反射器的设备,这是基本上的镜子阵列。该计划是为地球上的科学家们瞄准他们的激光,并计算梁回归所花费的时间。这提供了月球轨道和形状的特别精确的测量,包括如何根据地球的引力拉动略微改变。

为了在火星上进行类似的实验,毅力携带掌上型激光反射反射仪阵列(Lara)。虽然目前没有激光在这种运动中的作品中,但该装置朝着未来进行了措施:像这些一样的反射器可以有一天能够使科学家能够进行被称为激光测量的东西,以测量火星上的流动站的位置表面,测试爱因斯坦的一般相对论理论,并帮助更准确地对红星球上的未来着陆。

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科技简报》杂志

本文首先出现在3月份,2021号问题技术简介杂志。

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