火星探测车的简介

1. 火星探测车的简介

火星是太阳系中唯一勉强与地球相似的行星，也是除地球外唯一有可能进化出生命的行星（另外可能孕育生命的星球还有冰冻的木卫二，但它只是木星的一颗卫星，并不是行星）火星是人类在太阳系中有希望在不久的将来实现登陆、行走并以传统方式进行探索的唯一颗行星。火星也是唯一可能被地球化而成为类似于地球的行星。正是因为以上各种原因，人类已经向火星发射了30余艘不同的探测飞船。NASA（美国国家航空和航天局）的火星探测车“勇气号”和“机遇号”是火星比较近的两个造访者。2011年11月26日23时2分，“好奇”号火星车发射升空，随后顺利进入飞往火星的轨道，发射取得圆满成功。

2. 火星探测历史上首次出现的火星车是什么样子？

1996年，俄罗斯准备发射“火星96”探测器，它携带了一个火星车，这是在火星探测历史上，首次出现的火星车。火星车有宽大的轮子，外侧像一个圆柱体，内侧却像一个圆锥体，这使它可以在沙地行走而不下陷。这种火星车有六个轮子，分别安装在三个轴上，每根轴上有两个轮子和一台独立的驱动发动机，各个轴之间都有平衡支架相连，这种平衡支架可以绕中轴转动，使得每对轮子都可以相对于其他轮子自由转动。“火星96”漫游车碰到一般的石头，轮子可以自动抬起；遇到无法越过的障碍物，还会绕道而行；遇到陡峭的悬崖前轮会下滑，制动装置能够根据前轮与其他轮子的相互位置发出停车信号，然后掉转方向。火星车的工作能量来自于放射性同位素热电发电机，它不仅用来保证与地球指挥中心的无线电联系，而且还要保障有关仪器在夜间的供暖需要。

3. 火星探测车的火星车的性能

20世纪70年代，NASA发射了一对“维京号”火星登陆器，当时所有的星际机器人都具有三个基本组成部分：能够产生执行任务所需的能量能使用传感器收集信息。能将收集的信息传回地球。维京号”火星登陆器拥有可以伸出机械手来铲土，但是它们不能移动。NASA首次实现移动的突破是在1997年火星探路者任务中。那是一台小型的探测车（仅重11公斤），能够离开探路者探测器运行5米并查看周围的岩石。火星探测机器人是迄今为止在其他行星上实现成功着陆的最大的探测车。在这类任务中，NASA设计的MER机器人工作起来就像是一个机器人地质学家。探测车装载的仪器设备的首要目的是研究岩石。以下是探测车的功能：探测车能够利用自身的太阳能电池板发电并将其储存到电池中。利用装在桅杆上的一对高分辨率照相机，探测车可以拍摄立体的彩色地形照片。探测车上装有独立的热辐射光谱仪，该光谱仪利用桅杆作为潜望镜以获得热学数据。科学家选择地表上的一点，探测车就可以移动过去。探测车是独立运行（自动驾驶）的，因为无线电信号在地球和火星间传播的时滞太长，不适合使用遥控操作。探测车的前部、后部和桅杆上的三对黑白摄像机能使探测车看清楚周围的状况并实现导航以避开障碍物。探测车有6个轮子，每个轮子配有一台发动机驱动探测车移动。探测车的小机械臂上装有一台钻孔机，探测车可以用它在岩石上钻孔。这种钻孔机的官方名称叫岩石打磨工具（RAT）。探测车上有一个显微照相机，与钻孔机安装在同一机械臂上，科学家可以利用它来仔细观察岩石的微细结构。探测车还有一台质谱仪，能够探测到岩石中含铁矿石的成分。质谱仪也安装在同一个机械臂上。另外，机械臂上还装有阿尔法粒子和X射线分光计，用于侦测土壤和岩石放射的阿尔法粒子和X射线。根据岩石的这些性质能帮助确定它的成分。探测车上三个不同的部位都装有磁铁。含铁砂粒会粘到磁铁上，这样科学家们就可以分别使用相机和分光计对它们进行观察和分析。探测车上有三架不同的无线电天线，可以选择任意一个将所得数据传回地球

4. 火星探测车的火星探测车内部

探测车的车身是一个叫做电子恒温箱（WEB）的封闭箱体。这个箱子的作用非常关键，因为火星表面温度在夜间会降低到零下100摄氏度。如果不采取任何保暖措施使温度维持在零度以上，则电池和很多电子原件都会停止工作。 WEB箱是一种隔热箱，内含：探测车的计算机中枢锂电池无线电及其放大装置控制各种分光计等仪器的电子设备基本上，所有无法抵御零下100度低温的器件都被置于恒温箱中。恒温箱通过三种不同机制实现保温：工作状态下的各电子模块本身可以产生热量。以计算机为例，它的功率为7瓦，所以产生的热量与一盏7瓦电灯泡相当。计算机可以打开多个功率为1瓦的小型电阻加热器来提升温度。八个放射球（二氧化钚）中的钚原子发生衰变时能产生热量。这些球非常小——只有豌豆大小。小球被防辐射合金包裹着，装在碳纤维盒子中。一旦运载火箭Delta中途炸毁，或者飞船重新返回了大气层，这些盒子能够保证小球不发生核泄漏。车载计算机探测车使用的是一台BAE systems公司生产的RAD6000型计算机。其处理器与早期Macintosh计算机使用的老式PowerPC处理器在结构上几乎是完全相同的。从今天的标准来看，这种处理器的速度很慢，只有20兆赫，大约是今天普通台式计算机速度的百分之一。它有128KB的RAM内存，256KB的闪存，以及用于存储启动代码和操作系统的ROM。该机没有磁盘驱动器。虽然这种计算机速度很慢而且非常昂贵（每台20到30万美元），但是它们有两大优点：耐辐射，能够抵御火星上的太空辐射。采用Wind River Systems公司的VxWorks（PDF）实时操作系统，这是一个非常可靠的系统。这种计算机使探测车的可靠性远远高于普通的台式计算机。这样做的原因是要保证探测车不会出现任何数据丢失或错误的现象。计算机帮助探测车进行能源管理、图像处理、发动机控制和仪器设备管理。另外还负责导航任务。探测车有3对共6台导航摄像机，每组摄像机得到的立体图像都要交由计算机处理。利用双目视觉算法，计算机能够辨认出视野中不同岩石的大小以及距离。利用这些信息，计算机可以绘制出包含附近所有障碍物的地图，并操纵探测车在移动时避开障碍物。能源探测车上装有1.3平方米的高效率太阳能电池板来提供电能。探测车首次展开时，电池板很干净。由于季节的原因，正午时分的太阳辐射非常强烈——以火星上的标准来说。电池板的高峰发电功率大约是140瓦特，也就是每天发电约0.9千瓦时（用这些电能可以维持一盏100瓦的照明灯泡工作9个小时）。换言之，每个火星日当中只有6个小时的太阳光的强度足够支持太阳能电池板工作。太阳能电池板将产生的电能提供给耗电器件（计算机、发动机、岩石打磨工具以及无线电装置等等）。剩余的电能被储存进两块28伏、10安培小时的锂电池中。

5. 火星探测车的火星探测车通信

探测车收集到的数据还需要传回地球。所谓的数据包括照片、光谱信息和系统状态信息等等。另外，地面上的科学家和工程师们也需要向探测车传送指令和软件升级等数据。探测车有三种不同的无线电来负责通信。第一种是低能耗、低速的UHF无线电。这种通讯的连接方式使用低增益、全方向的天线。该天线不需要任何定向，能以较低的数据率把数据传回地球或传给人造卫星。这是一种“万不得已”时的通讯方式。第二种是高速UHF无线电，负责和两颗已运行在火星轨道的卫星进行通讯——“火星奥德赛”和“火星全球勘测者”卫星。当一颗卫星出现在探测车上空时，探测车会把数据快速注入卫星，持续的时间大概为8分钟（每次卫星通过时）。探测车能以每秒128Kbit的速度发送数据，使用的无线电功率为15瓦。接着，当地球出现在卫星视野中时，卫星利用2.5米长的天线和100瓦功率的无线电设备再将数据传回地球。这就是大部分照片数据返回地球的方式。每天通过这些通道传回地球的数据可达10MB。最后是探测车上直径0.3米的定向（高增益）天线。当地球出现在探测车视野范围内时，探测车天线能追踪到地球并实现与地球上的科学家和工程师的直接通讯。由于地球与火星之间距离为3.22亿公里，所以通讯时会有20分钟的往返延时。探测车使用40瓦的无线电，每分钟只能传递12Kbit的数据。因为这是一种直接连接，所以NASA用它来向探测车发送指令和接收重要数据。然而，由于行星的排列以及无线电所需能量等原因，这种连接在一天当中的可用时间只有3个小时。

6. 火星探测车的介绍

是一种人造的为了探索火星并能在其表面行驶和进行考察的车辆。也可称为火星漫游车。截止目前登陆过火星的探测车包括NASA先后发射的索杰纳、勇气号和机遇号。

7. 火星探路者的其他火星探测器

 发射时间“凤凰”号于2007年8月从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角发射，经过4.22亿英里的长途跋涉才来到火星。按计划，凤凰号将在火星实施为期90天的探测任务，以对这个红色星球之前尚未探测过的北极地区展开勘测，据认为此处可能有大量冰藏在地表下面。“凤凰”号缺乏探测外星生命迹象的工具，不过，它将研究冰是否融化过，寻找北极永冻土中有机化合物的踪迹，以确定生命是否曾经在此出现过。着陆地点“凤凰”号的着陆地点设在纬度同地球格陵兰或阿拉斯加州北部相当的广阔浅谷。与利用安全气囊反弹到降落地点的姊妹火星漫游者“勇气”号和“机遇”号不同，这颗着陆器是利用反冲火箭下降，能更加准确地降落在预定地点。这种推进降落方法也更适用于更加沉重的飞船降落，美国宇航局需要利用这种方法支持可能的人类火星探索。据称，“凤凰”号在火星表面着陆的成功率并不高。从历史上来看，55%尝试着在火星表面降落的努力都以失败而告终，而“凤凰”号利用的着陆方法已经有32年没有尝试过。成功着陆后，重约772磅(约合350公斤)的“凤凰”号将在原地等候15分钟，待着陆掀起的尘埃物质落定，它将展开太阳能电池板，升起气象天线杆，将周围环境的第一批照片传回地面。在接下来的几个火星日，“凤凰”号将检查机载仪器，伸展机械臂铲起第一堆火星土壤样本。一个火星日约比地球上的一天长40分钟。在度过第10个火星日之前，“凤凰”号将进入“挖掘”阶段，每天有两小时用来挖土壤，这个阶段预计将占据此次任务的绝大部分时间。寿命“凤凰”号的设计寿命为90天，尽管科学家表示，“凤凰”号的使用寿命可能会延长一个月左右，在晚夏或初秋继续看到它的身影，不过它在火星上探测的时间绝对不会有“勇气”号和“机遇”号那么长。这是因为“凤凰”号上的太阳能电池板不能产生足够多的能量，令其安然度过火星冬天。阿韦德森说：“它的三只脚会深深嵌入地下，上面沾满干冰，太阳又会在地平线以下。”言下之意，“凤凰”号不能通过太阳能电池板获取大量能量。 发射时间2003年6月10日，勇气号发射成功；同月25日，机遇号发射成功。2004年美国东部标准时间1月3日和24日（北京时间各晚一天）分别登上火星。美国宇航局专家们说，“勇气”号如能不辱使命，那将标志着人类发射的星际探测器自动化程度提升到了前所未有的水平。它有自己的大脑、颈、头、眼睛、手臂，甚至还掌握着与人类地质学家所用工具类似的放大镜和锤子。使命“勇气”号长1．6米、宽2．3米、高1．5米，重174千克。它的“大脑”是一台每秒能执行约2000万条指令的计算机，不过与人类大脑位置不同，计算机在火星车身体内部。从它登陆那时起，火星车探测项目首席科学家史蒂夫·斯奎尔斯就警告说，它的时间不多了。根据斯奎尔斯的说法，说不定什么时候，火星车的电脑系统就会崩溃，或者电路出现故障，那时火星车就会“寿终正寝”。 功能介绍到2006年10月26日，两辆火星车却仍然都在工作，尤其“勇气”号寿命已经达到1000个火星日。“这很了不起，”探测项目成像专家贾斯廷·梅基说，“‘勇气’号火星车基本还算健康，尤其是考虑它年纪已经这么大。”打坐拍出好照片实际上，“勇气”号已经有约200天没有挪地方，它在南半球的山地，那里如今是冬季，太阳在地平线附近，位置很低，而太阳能电池板需要太阳几乎垂直照射才能有效采集能量，因此能量采集不足。所谓“颈”和“头”是火星车上伸出的一个桅杆式结构，距火星车轮子底部高度约为1．4米，上面装有一对可拍摄火星表面彩色照片的全景照相机作为“眼睛”。两台相机高度与人眼高度差不多，有了它们，火星车能像站在火星表面的人一样环视四周。当“勇气”号发现值得探测的目标，它会以6个轮子当腿，运动至目标面前，然后伸“手”进行考察。火星车的“手臂”具有与人肩、肘和腕关节类似的结构，能够灵活地伸展、弯曲和转动。上面带有多种工具。辅助工具工具之一是显微镜成像仪，能像地质学家手中的放大镜一样，以几百微米的超近距离对火星岩石纹理进行审视。另外还有穆斯鲍尔分光计和阿尔法粒子X射线分光计，可以用来进一步分析岩石构成。还有一个相当于地质学家常用的小锤子的工具，能在火星岩石上打出直径45毫米、深约5毫米的洞，为研究岩石内部提供方便。 “勇气”号依靠餐桌大小的太阳能电池板获得能源，在理想情况下每天最多可在火星上漫步20米，它的观测预计持续90个火星日（相当于地球上的92天）。这台火星车科学仪器的负责人、美国康奈尔大学科学家斯奎尔斯认为，“勇气”号将是迄今人类遣往其他行星上第一个可以移动的、自动化的大型实验室。他说：我认为这是人类在火星探测方面向前迈出的一大步。 美国航宇局宣布，勇气号已首次测量了火星上的温度。负责分析数据的一位科学家说，火星上的岩石温度要比由细小颗粒构成的物体温度低。那里目前白天最高温度约为5摄氏度，最低温度约为零下15度。1977年8月20日和9月5日， 美国先后发射了2号和1号探测器，这两个姊妹探测器沿着两条不同的轨道飞行。担负探测太阳系外围行星的任务。旅行者号没有经过火星。 还有机遇号 2004年一月“奥德赛”火星探测器等。

8. 火星车的发现

 “机遇”号的最后使命可能就是对维多利亚陨石坑的匆匆一瞥。在近两年的长途跋涉之后，“机遇”号最终到达维多利亚陨石坑，随时可能进入坑内一探究竟，但由于一场全球性的尘暴威胁到太阳能电池板的供电，这项任务面临终止的可能性。