让人好奇的“好奇”号

来源:cnbeta.com | 发布: | 发布时间:2012-09-2,星期日 | 阅读:2,133

8月6日,美国“好奇”号火星车在火星盖尔陨石坑中心山脉的山脚下成功着陆。“好奇”号项目是迄今最昂贵的火星探测活动,旨在探索火星过去及现在是否有适宜生命存在的环境。8月29日,美国宇航局宣布,“好奇”号已从“布雷德伯里着陆点”附近出发,正式开始向400米外的首个科研目的地前进。西门子负责“好奇”号软件设计任务。近日,在美国宇航局授权之下,西门子大中华区售前技术总监方志刚揭开了有关“好奇”号的一些秘密。

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■ 揭秘1

“好奇”号速度如何从每小时2万公里降至零?

降落伞起重机助减速

整个“好奇”号火星车系统重达3893公斤,其中,探测器(又称“好奇”号火星车)重达899公斤,堪称是有史以来最大的探测器。它无法像其他更小的探测器一样凭借气囊登陆。

所有技术难点都集中在火星车系统穿越火星大气层到登陆火星的7分钟。这个登陆过程被工程师们称作“7分钟惊魂”。在这7分钟内,所有设备和程序必须有精确的顺序、编程和设计。一切都由计算机独立完成。

火星大气层比地球要薄100倍,火星车系统穿过这层薄薄的大气时,必须将速度从每小时2万公里降至零。要实现足够的减速,就必须采取特殊措施。

为此,工程师们打造出迄今为止体积最大,强度最高的超音速降落伞。该降落伞本身只有45公斤重,但却承受了近3万公斤的力。降落伞在距离火星表面11公里时打开,瞬间为火星车系统提供了9倍重力的加速度减速。

与此同时,降落伞上的雷达必须在适当时机测量到登陆所需的适当高度和速度。然而,为抵挡接近太阳热度而设的防热罩却像一个巨大的镜头盖遮盖了导航雷达的视野,因此,必须将防热罩脱离。

即使有了庞大的降落伞,火星车系统也只能将速度减至每小时300多公里。为了进一步减速,工程师们发出指令,迫使降落伞脱离,并启动减速火箭。

倘若在太靠近火星地面的高度启动减速火箭,则肯定会扬起大量烟尘,损害火星车系统。为此,工程师们设计了“前所未有”的新设备:空中起重机。

方志刚介绍说,空中起重机是整套系统中最具创意、最精彩的部分。空中起重机用一根6米长的缆绳吊着“好奇”号火星车,悬停在约离地面20米处,随后将“好奇”号火星车轻轻地放在火星上,然后切断缆绳,迅速飞走,以免砸到火星车。

■ 揭秘2

如何保证“好奇”号各部件协同工作?

计算机代码“显身手”

整个“好奇”号火星车系统含有六大部件。它们需要协同整合。在全部自动化过程中,不能出现一丝差错,对于失误完全是“零容忍”。即使“好奇”号火星车成功留在了火星上,但其带有的复杂机械臂等设备,在接下来两年的工作中,得保持完美协作,避免相互碰撞。

整个系统的整合,一共使用了50万行计算机代码,令其可以在极端的火星环境下全自动地进行工作。

之前的火星探测计划仅有40%获得成功。美国宇航局第一辆登陆火星的探测器,登陆后10分钟便失去了同地球的联系。

为了最后在火星上的实战成功,工程师们得让“好奇”号在地球上进行多次模拟演练。不过,由于地球上有重力,与火星的辐射程度也不同,这使得地球上无法完全重现火星环境。由此,只能以3D仿真模拟火星的重力场、太阳辐射等环境因素。

西门子工业自动化事业部航天、国防与海洋业务总经理蒂姆·尼古拉斯对媒体表示,虽然“好奇”号火星车登陆火星仅仅用了不到几分钟的时间,但美国宇航局从10年前就开始计划这一刻。

■ 揭秘3

如何测火星车行驶距离?

轮胎借用莫尔斯密码

据美国宇航局工程师透露,“好奇”号火星车车轮轨迹上,带有一种特殊的莫尔斯密码。

8月22日,六轮驱动的“好奇”号火星车开始了其登陆火星表面两周后的第一次试行驶。借助来自地球的指挥,“好奇”号火星车先向前行驶了4.5米,接着右转,随后后退了2.5米,保持在登陆地点偏左的位置。

喷气推进实验室的设计者马修·海维利向媒体介绍称,行驶轨道大致呈圆圈状。这个轨道有着一定的模式,可以转化为特定的编码显示,翻译成英文后,它是负责火星车的喷气推进实验室的名字缩写。

据介绍,这个转化过程,借助了地球上常用的莫尔斯编码方式。工程师有意在火星车的轮胎上安装一些小孔,这就使得最终轮胎在火星表面留下独特的花纹标记。它相当于汽车的里程计,可在火星表面缺乏明显地标的情况下,令火星车可以观察轮胎轨迹,测量行驶距离。

■ 揭秘4

“好奇”号上全是高精尖设备吗?

纪念币用来校准摄像头

“好奇”号上,虽然带有大量最前沿的高精尖设备,但也有很多技术含量不是很高的物件。

例 如一个测量太阳位置的日晷。日晷是人类在千年以前便发明的技术。这个日晷还可以对带有红、蓝、黄、绿四色的3D彩色主摄像头进行校准,而当“好奇”号火星 车任务结束后,这个日晷将作为纪念物留在火星上,其底盘一侧刻着“致火星,致探索”的字样,另一侧刻着“火星2012”,空白处还刻着16种语言的“火 星”一词。

这个日晷的底盘上还刻着一段话:“几千年来,火星都激发着我们的想象。首先,我们视火星为一个飘零的星球,将战争从神的世界带到人间。最近几个世纪中,太空望远镜中发现的这个行星不断变化的表面,让我们想到,火星和地球的气候有类似之处……”

工程师们还在“好奇”号火星车上安装了一枚“幸运币”,以便对摄像头进行校准。这是一枚1909年首次制造出的、纪念林肯总统的林肯币。

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