美國鳳凰號火星探測器(鳳凰號火星探測器):設計特點,研製背景,結構設計,任務,命名

鳳凰號火星探測器於美國東部時間2008年5月25日19時53分（台北時間5月26日7時53分），在火星北極成功著陸。相當於地球位置的加拿大北部。“鳳凰”號於2007年8月從美國佛羅里達州卡納維拉爾角發射，經過4.22億英里的長途跋涉才來到火星。按計畫，鳳凰號將在火星實施為期90天的探測任務，以對這個紅色星球之前尚未探測過的北極地區展開勘測，據認為此處可能有大量冰藏在地表下面。“鳳凰”號缺乏探測外星生命跡象的工具，不過，它將研究冰是否融化過，尋找北極永凍土中有機化合物的蹤跡，以確定生命是否曾經在此出現過。

基本介紹

中文名：鳳凰號火星探測器
目標天體：火星
所屬國家：美國
發射時間：2007.8.4 5:26:34.596(EDT)
運載火箭：德爾塔2型火箭
發射地點：甘迺迪航天中心17A發射台

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設計特點

研製背景

“鳳凰”號的著陸地點設在緯度同地球格陵蘭或阿拉斯加州北部相當的廣闊淺谷。與利用安全氣囊反彈到降落地點的姊妹火星漫遊者“勇氣”號和“機遇”號不同，這顆著陸器是利用反衝火箭下降，能更加準確地降落在預定地點。這種推進降落方法也更適用於更加沉重的飛船降落，美國宇航局需要利用這種方法支持可能的人類火星探索。據稱，“鳳凰”號在火星表面著陸的成功率並不高。從歷史上來看，55%嘗試著在火星表面降落的努力都以失敗而告終，而“鳳凰”號利用的著陸方法已經有32年沒有嘗試過。

成功著陸後，重約772磅(約合350公斤)的“鳳凰”號將在原地等候15分鐘，待著陸掀起的塵埃物質落定，它將展開太陽能電池板，升起氣象天線桿，將周圍環境的第一批照片傳回地面。在接下來的幾個火星日，“鳳凰”號將檢查機載儀器，伸展機械臂鏟起第一堆火星土壤樣本。一個火星日約比地球上的一天長40分鐘。在度過第10個火星日之前，“鳳凰”號將進入“挖掘”階段，每天有兩小時用來挖土壤，這個階段預計將占據此次任務的絕大部分時間。

“鳳凰”號的設計壽命為90天，儘管科學家表示，“鳳凰”號的使用壽命可能會延長一個月左右，在晚夏或初秋繼續看到它的身影，不過它在火星上探測的時間絕對不會有“勇氣”號和“機遇”號那么長。這是因為“鳳凰”號上的太陽能電池板不能產生足夠多的能量，令其安然度過火星冬天。阿韋德森說：“它的三隻腳會深深嵌入地下，上面沾滿乾冰，太陽又會在地平線以下。”言下之意，“鳳凰”號不能通過太陽能電池板獲取大量能量。

按計畫，“鳳凰”號在飛行10個月之後到達火星，在火星北部平原開始其三個月的探測活動。如果任務取得圓滿成功，這將是在“海盜”號探測任務之後時隔30年機器人首次在火星表面以下鑽孔。著陸後，“鳳凰”號將在其微型火爐中加熱火星土壤樣本，研究其化學構成。“鳳凰”號火星任務首席科學家、亞利桑那大學的彼得·史密斯博士表示，“鳳凰”號能夠檢測有機物的存在，不過它不能分辨出裡面是否存在DNA或蛋白質。

著陸後的示意圖

“鳳凰”號著陸地點之所以選擇在北極點，是因為以前的探測器曾發現冰凍水潛伏於火星地表之下的證據。有科學家認為火星上一個寬30英里左右的淺灘可能是古代海洋遺留下來的。但是，“鳳凰”號將會尋找已經存在10萬年的液態水的證據，現如今，乾涸的火星表面沒有液態水，“鳳凰”號的任務就是探測地下冰是否已經融化，創造了更為潮濕的環境。

科學家一般認為，融化的冰水以及有機物質和穩定熱源是生命存在的三要素。為了避免“鳳凰”號無意之中將地球有機物帶到火星，技術人員在準備探測器發射時必須多加小心。“鳳凰”號已經過乾熱處理和精確清洗，使其表面微生物數量降至最低。另外，作為防污染的舉措之一，它的機械臂還被封存於特殊材料之中。

結構設計

在開展探測任務之前，“鳳凰”號火星車必須先要在瀰漫著塵埃物質的火星表面成功著陸，火星向來以吞噬人造探測器著稱。各國共向火星發射了15個探測器，但迄今只有5個著陸成功。

著陸示意圖

“鳳凰”號的設計很獨特，有三條腿支撐，機械臂長20英尺，由鋁和鈦兩種材料製成，工作起來像一台反鏟挖土機，一鏟下去能在火星上挖出20英寸深的溝，接著旋轉就能將土壤樣本取出。儘管“鳳凰”號缺乏探測火星過去或當前生命形式的工具，不過科學家仍然希望它能揭開火星北極圈是否含有適合微生物生存的跡象之謎。

造價只是孿生探測器的一半

“鳳凰”號探測器是美宇航局“偵察”計畫的第一個任務，即利用小型太空探測器研究火星的計畫。“鳳凰”號由美宇航局下屬噴氣推進實驗室負責管理，造價4.2億美元，幾乎是造價8.2億美元的“機遇”號和“勇氣”號的一半，這兩個孿生探測器於2003年發射，仍在火星上漫遊。

“鳳凰”號探測器的名稱有著特殊含義，美宇航局希望它能在以前任務失敗的基礎上，完成鳳凰涅槃般重生。“鳳凰”號原計畫作為“火星奧德賽”探測器於2001年一同飛向紅色星球，不過因為擔心發射日程安排過於緊密會適得其反，於是在1999年取消了發射計畫，“火星奧德賽”探測器最後只身前往火星。

主要使命完成後變身氣象站

人類對火星的探測並非一帆風順。1998年發射的“火星氣候探測器”因洛克希德-馬丁公司和美宇航局在度量單位上出現錯誤，結果在靠近火星時被燒成灰燼。而美宇航局次年發射的“火星極地著陸器”在火星南極點著陸時，因火箭發動機提前關閉，從此下落不明。這兩個探測器的殘骸迄今尚未被發現。

“鳳凰”號探測器由洛克希德·馬丁公司製造，攜帶了類似於“火星極地著陸器”探測任務所搭載的一些科學儀器。據噴氣推進實驗室項目主管巴里·戈爾茨坦介紹，工程師們在過去四年對“鳳凰”號進行了嚴格測試，“以將這套系統可能遭遇到的一切故障提前排除。”如果“鳳凰”號能順利完成其主要探測任務並倖存下來的話，隨後它將變成一個氣象站，用於收集有關火星大氣層的數據。

“鳳凰”號探測器是一個由3條腿支持的平台，平台直徑1.5米，高約2.2米；其中心是一個多面體儀器艙，艙左右兩側各展開一面正八邊形太陽能電池陣，跨度5.52米。與“火星極地著陸器”相比，“鳳凰”號探測器的最大變化是提高了太陽能電池的性能。“鳳凰”號探測器攜帶了7種科學探測儀器，美國宇航局工作人員把它們戲稱為7種探索火星生命來源的“秘密武器”，它們分別是：

(1)機械臂(RA)

它是“鳳凰”號探測器上最重要的設備，用來挖取火星表面及表面下層的土壤樣品。它將挖得的樣品送入著陸器搭載的“顯微鏡電化學與傳導性分析儀”和“熱與氣體分析儀”中進行化驗分析。

機械臂長2.35米，有4個自由度，末端裝有鋸齒形刀片和波紋狀尖錐，能在堅硬的極區凍土表面，挖掘1米的深坑。機械臂還可為裝在臂上的相機調整指向，引導測量熱與電傳導性的探測器插入土壤。

(2)顯微鏡電化學與傳導性分析儀(MECA)

它是在“火星勘探者”計畫中所使用的儀器基礎上略加改進而成的，包括濕化學實驗室、光學顯微鏡、原子力顯微鏡和熱與電傳導性探測器4台儀器，用以檢測土壤的元素成分以及給土壤樣品拍攝成像。