“火星科學實驗室”(Mars Science Laboratory，MSL)是美國NASA於2011年11月26日由宇宙神-5運載火箭從卡納維拉爾角空軍基地發射的火星探測器，是世界上首個採用“空中吊車”精準著陸方式進行軟著陸的探測器。探測器攜帶“好奇”漫遊車，歷經36個星期的飛行，於2012年8月6日在火星表面的蓋爾隕坑成功著陸並開始工作，目前已傳回火星表面圖像，並開始對火星進行巡視探測。該項目的主承包商為波音和洛克希德·馬丁公司，整個項目由NASA噴氣推進實驗室管理。項目總成本約為25億美元。
基本介紹
- 中文名：火星科學實驗室探測器
- 外文名：Mars Science Laboratory，MSL
- 國家：美國
- 發射時間：2011年
- 運載器：宙神-5運載火箭
- 主要功能：火星探測
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任務概況
2009年，美國國家航空航天局公布了新一代的火星探索計畫，並制定了四大戰略目標：確定火星上是否曾經存在過生命，描述火星的氣候特徵，描述火星的地質特徵，為載人探測做準備。“火星科學實驗室”是這個探索計畫中的重要組成部分，而大名鼎鼎的“好奇號”火星車就是該探索計畫中的主要火星探測器。作為迄今為止最龐大、最複雜、最先進、最昂貴的火星探測計畫，“火星科學實驗室”將為美國21世紀實現載人登入火星計畫驗證關鍵的支撐技術。
探測目標
“火星科學實驗室”有8項科學探測目標：確定有機碳複合物的特性和儲量；探測構建生命物質的含量，如碳、氫、氮、氧、磷和硫；研究生物學效應的特點；探索火星表面的化學、同位素、礦物質複合物和火星近表面的地質情況；解釋火星岩石和土壤形成和變化的過程；分析火星大氣長期(40億年)以來的演變過程；確定目前火星上水和二氧化碳的狀態、分布和循環情況；研究火星表面輻射的光譜特徵，包括銀河宇宙射線、太陽質子事件和次級中子等。
“好奇”漫遊車的計畫工作時間為1個火星年(687個地球日)，探測目的是挖掘火星土壤、鑽取火星岩石粉末，對岩石樣本進行分析，探測火星過去或現在是否具有支持微生物生存的環境，從而確定火星是否具有可居住性。
結構
探測器由巡航級，進入、下降和著陸(EDL)系統以及漫遊車3部分組成。 整個探測器直徑4.5m，高3m。
由於探測器在火星上的著陸質量較大，“火星科學實驗室”採用一種被稱為“空中吊車”的新型EDL系統，使探測器的著陸範圍直徑為20km左右。
“好奇”漫遊車為6輪結構，尺寸為3.0m×2.7m×2.2m，質量約為899kg(其中包括75kg的科學儀器)。2個前輪和2個後輪分別具有獨立的轉向發動機，使漫遊車能夠原地轉彎360°。漫遊車沿用了以往的“索傑納”、“機遇”、“勇氣”漫遊車的結構，在翻越多岩石的不平整表面時具有較高穩定性。漫遊車能夠翻越約65～75em高的障礙物，越過直徑約為50cm的坑，在平整堅硬的地面上行駛的最高速度為4cm/s，每天在火星表面累計行駛200m，預計總行駛距離約為20km。
“好奇”漫遊車的機械臂有3個關節，包括肩、肘和腕，能像人類手臂那樣進行伸展、彎曲和定位，可以完成拍攝圖像、打磨岩石、分析岩石和土壤組成等多種任務。
“好奇”漫遊車的計算機系統安裝在“漫遊車計算模組”中，記憶體為256MByte，快閃記憶體為2GByte。
有效載荷
有效載荷：降軌成像儀，大氣色譜儀，質譜儀，可調雷射質譜儀，X射線衍射鏡，螢光設備，手持透鏡成像儀，阿爾法粒子X射線分光儀，桅桿相機，雷射感應遙感化學微成像儀(雷射脈衝蒸發10m遠的目標材料，光譜儀望遠鏡確認受激原子)，輻射評估探測器，環境監測站，中子動力反射儀器，帶桅桿的立體導航相機，防災相機，樣品採集/準備處理系統。
“好奇”漫遊車
“好奇”漫遊車採用波音公司製造“多任務放射性同位素熱電發生器” (MMRTG)來提供能量，任務初期的功率為125W，14年後功率降為100W。MMRTG的最短壽命為14年。
“好奇”漫遊車通過3副天線進行通信。任務期間，漫遊車主要通過l副UHF天線與其他火星軌道器進行通信。漫遊車每天與地球通信2次，由NASA的“火星奧德賽”軌道器進行主要的數據中繼和記錄。NASA的“火星勘測軌道器”和ESA的“火星快車”也可以作為備份軌道器進行數據中繼服務。除UHF天線外，“好奇”漫遊車還使用1副低增益天線和1副高增益天線直接與地球進行X頻段通信。“好奇”漫遊車攜帶的有效載荷見下表。
| 有效載荷 | 功能及目標 |
|---|---|
立桿相機 | 具有自動對焦功能，能拍攝多光譜和真彩色圖像 |
火星手持成像儀 | 安裝在漫遊車機械臂上，用於拍攝岩石和火星土壤的微型圖像 |
火星下降成像儀 | 在著陸火星表面過程中，從距離火星3.7km到5m處拍攝真彩色圖像 |
化學與微成像雷射誘導遙感儀器 | 1套遙感儀器，包括1台雷射誘導擊穿光譜儀和1個遠程微成像器 |
α粒子X射線光譜儀 | 安裝在漫遊車機械臂上，研究阿爾法粒子，繪製X射線光譜，確定樣本成分 |
化學和礦物學X射線衍射/X射線螢光儀器 | 量化樣本中的礦物結構 |
火星樣本分析實驗 | 分析大氣和固體樣本中的組成和氣體 |
輻射評估探測器 | 研究火星表面輻射光譜 |
中子動態反照探測器 | 測量火星表面水或冰中的氫 |
漫遊車環境監測站 | 帶有1個氣象學包和紫外敏感器，用於測量大氣壓力、濕度、風力、空氣和地面溫度、紫外輻射強度等 |
關鍵技術
“火星科學實驗室”的關鍵技術主要體現在以下四個方面。首先，可拼接擴展的隔熱設計：“火星科學實驗室”的隔熱罩使用了一種名為“酚醛樹脂浸漬碳燒蝕體”(PICA)的材料。與以往火星著陸器的隔熱罩相比，新型隔熱罩不僅可拼接擴展，而且可承受更加苛刻的進入環境。其次，安全準確的著陸方式：這種新型的進入、下降與著陸系統的最大亮點在於能將著陸器的著陸精度由150千米提高到20千米。第三，靈活穩定的供電能力：它採用了波音公司製造的“多任務放射性同位素熱電發生器”供電，可避免太陽能供電因火星表面氣候條件惡劣影響任務完成質量等問題的發生。第四，自主快速的通信能力。
