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宇宙?zhèn)商绞聞?wù)所 南!ぐ⑻亟鹕 著 中信出版社 從“新視野號(hào)”到“好奇號(hào)”,太空機(jī)器人都干了些什么? 冥王星發(fā)來(lái)神秘情書?! 哈勃空間望遠(yuǎn)鏡曾是劣質(zhì)品?! 有人故意炸月球?! “噬星老妖”傷害了火星車?! 土衛(wèi)二上能泡溫泉?! 太陽(yáng)遭遇全天候“跟蹤狂”?! 來(lái),我有個(gè)宇宙想講給你聽!真實(shí)還原九次史詩(shī)級(jí)無(wú)人太空任務(wù),與NASA科學(xué)家親密接觸,發(fā)現(xiàn)眾多意料之外的太空新鮮事兒。 在《宇宙?zhèn)商绞聞?wù)所》一書中,太空記者南希·阿特金森分享了9 次驚心動(dòng)魄的無(wú)人太空任務(wù)。她采訪了美國(guó)國(guó)家航空航天局的35 名科學(xué)家和工程師,他們的有趣洞見把我們帶到了那些生動(dòng)而又具有劃時(shí)代意義的太空探索故事中。無(wú)人太空任務(wù)改變了人類的太陽(yáng)系觀和宇宙觀! 而南希·阿特金森靈動(dòng)的文字更是將一對(duì)一訪談與無(wú)人航天器自身的傳奇故事穿插起來(lái),再現(xiàn)了真正的探索與發(fā)現(xiàn)精神。此外,貫穿全書的全彩插圖讓我們?cè)诟锌茖W(xué)發(fā)現(xiàn)的同時(shí),得以領(lǐng)略令人嘆為觀止的宇宙圖景。向傳回這些杰作的無(wú)人航天器致敬! ◆ 真實(shí)還原9次史詩(shī)級(jí)無(wú)人太空探索任務(wù),驚心動(dòng)魄如大片! 從“新視野號(hào)”到“好奇號(hào)”,太空機(jī)器人都干了些什么?冥王星發(fā)來(lái)神秘情書?!哈勃空間望遠(yuǎn)鏡曾是劣質(zhì)品?!有人故意炸月球?!“噬星老妖”傷害了火星車?!土衛(wèi)二上能泡溫泉?!太陽(yáng)遭遇全天候“跟蹤狂”?! ◆ 偉大的背后是不平凡的故事,“太陽(yáng)系大使”南希深入采訪35位NASA科學(xué)家,見證他們的高光時(shí)刻與成功特寫,講述鮮為人知的“宇宙?zhèn)商健惫适拢?/p> ◆讓人無(wú)法忽略的場(chǎng)景照片!有發(fā)射現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)人一刻,也有科學(xué)家心無(wú)旁騖的工作場(chǎng)景,還有無(wú)人探測(cè)器在太空中拍下的一張張珍貴史料,它們?cè)佻F(xiàn)了真正的探索與發(fā)現(xiàn)精神。讓激情與樂(lè)趣同在! 引言 足不出戶看宇宙 2010年2月11日,在佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心(Kennedy Space Center,KSC),我和幾位科學(xué)家站在一起,注視著火箭從發(fā)射臺(tái)呼嘯升空。安放在火箭里的無(wú)人航天器,正是身邊這幾位傾畢生之力研發(fā)的成果。 幾個(gè)月來(lái),我一直盼望這次機(jī)會(huì),只是之前沒(méi)有料到,原來(lái)親臨火箭發(fā)射現(xiàn)場(chǎng),近距離體驗(yàn)發(fā)射過(guò)程的激動(dòng)根本無(wú)法言說(shuō)。這種感受,人人都值得親歷。 半年前,我打算去肯尼迪航天中心現(xiàn)場(chǎng)觀看STS-130發(fā)射任務(wù)。那一次,火箭將要搭載“奮進(jìn)號(hào)”(Endeavour)航天飛機(jī),將6名宇航員送到國(guó)際空間站,執(zhí)行兩個(gè)新部件的安裝任務(wù)。2004年,美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)宣布將在2011年結(jié)束航天飛機(jī)計(jì)劃,這意味著偉大而傳奇的“奮進(jìn)號(hào)”快要退役了。從那時(shí)起,我就希望能到發(fā)射現(xiàn)場(chǎng)一睹它最后的風(fēng)采。畢竟,我是專門報(bào)道太空探索和天文學(xué)新聞的記者,還有什么事件比一個(gè)太空時(shí)代的終結(jié)更具新聞價(jià)值呢? 我仔細(xì)查閱了發(fā)射時(shí)間表,發(fā)現(xiàn)如果多逗留一段時(shí)間,我便可以多觀看幾次發(fā)射。再說(shuō),我那時(shí)住在伊利諾伊州,正值數(shù)九隆冬,若能到四季如春的佛羅里達(dá)州過(guò)上幾個(gè)星期,豈不美哉。 2010年的太空海岸(Space Coast)之旅讓我夙愿得償。我不僅目睹了兩架航天飛機(jī)和兩臺(tái)無(wú)人航天器的發(fā)射,參觀了美國(guó)國(guó)家航空航天局的設(shè)施(包括一些平時(shí)不對(duì)外開放的場(chǎng)所),還見到并且采訪了幾十名宇航員、科學(xué)家、工程師和局里的官員。最令人激動(dòng)的是,我直接站在具有歷史意義的39A發(fā)射臺(tái)上,巨大的“發(fā)現(xiàn)號(hào)”(Discovery)航天飛機(jī)就在我的正上方蓄勢(shì)待發(fā),即將開啟它的倒數(shù)第二次太空之旅。 載人航天的故事自然波瀾壯闊,而且在我的報(bào)道中一直占很大比重,但在我看來(lái),無(wú)人航天器總有某種魅力,攝人心魄。作為宇宙中人類的使者,這些機(jī)器人能夠到達(dá)人類尚無(wú)法觸及的太空深處。我是聽著“水手號(hào)”(Mariner)、“海盜號(hào)”(Viking)和“旅行者號(hào)”(Voyager)的故事長(zhǎng)大的。故事里說(shuō),這些機(jī)器人航天器勇敢踏上史無(wú)前例的深空航程,獲得劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn),改變?nèi)祟悓?duì)太陽(yáng)系的看法,將過(guò)去只存在于夢(mèng)境和畫家筆下的群星世界呈現(xiàn)在我們眼前。 我們已經(jīng)向地球附近的行星、矮行星、小行星、彗星和衛(wèi)星發(fā)射了多個(gè)無(wú)人航天器,它們每天發(fā)回的太空?qǐng)D像如此逼真,如此震撼。無(wú)論多么艱辛,它們作為人類科學(xué)探索的代表,飛越、環(huán)繞、登陸、撞擊和環(huán)視千奇百怪的太陽(yáng)系天體。此外,我們還將超級(jí)望遠(yuǎn)鏡送入太空。它們?cè)竭^(guò)云霧重重的地球大氣層,在外太空清晰地觀察和拍攝遙遠(yuǎn)的恒星和星系,甚至是與太陽(yáng)系截然不同的恒星系統(tǒng),向我們展示令人嘆為觀止的宇宙圖景。 人類渴望揭開宇宙的未解之謎,為此設(shè)計(jì)和制造了航天器。它們有著金屬和電路板構(gòu)成的身軀,是人類智慧的結(jié)晶。人類依靠聰明才智,精確計(jì)算軌跡,繪制星歷表(確定某個(gè)給定時(shí)間點(diǎn)天體與航天器的位置),讓無(wú)人航天器跨越星際之遙,造訪群星。善于探究的人類大腦分析數(shù)據(jù),得出結(jié)論,獲得新發(fā)現(xiàn)。不論是火箭科學(xué)家,還是我們普通人,都會(huì)對(duì)宏偉的太空景象心生敬畏,為遙遠(yuǎn)太空里的神秘發(fā)現(xiàn)贊嘆不已。這些無(wú)人航天器讓我們足不出戶就能探索宇宙。 但把它們送上太空并非易事。 首先,天文學(xué)家和行星科學(xué)家在自己的科研領(lǐng)域嘔心瀝血數(shù)年,其間受某個(gè)未解之謎的啟發(fā),萌生新的想法,比如研制一臺(tái)儀器或者一個(gè)配備多種儀器的航天器,好去研究這個(gè)未解之謎。然后,他們與日后可能共事的研究員合作擬定初步的任務(wù)概念和計(jì)劃圖表。 接下來(lái),他們要等美國(guó)國(guó)家航空航天局、歐洲空間局(ESA)、日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)(JAXA)、印度空間研究組織(ISRO)之類的太空機(jī)構(gòu)發(fā)出機(jī)會(huì)通告(Announcement of Opportunity,AO),征集太空任務(wù)計(jì)劃書。不過(guò),太空機(jī)構(gòu)往往只關(guān)注一些特定類型的任務(wù)。因此,如果他們的構(gòu)想與太空機(jī)構(gòu)的預(yù)期不符,他們就要繼續(xù)等待,直到合適的機(jī)會(huì)出現(xiàn)。 終于,機(jī)會(huì)出現(xiàn)了。他們開始組建團(tuán)隊(duì),起草任務(wù)計(jì)劃書。一般來(lái)說(shuō),為了讓任務(wù)能夠挺過(guò)多輪專家評(píng)審,他們會(huì)提交幾份計(jì)劃書。最終,只有少數(shù)幸運(yùn)者贏得太空機(jī)構(gòu)的資助。若是有幸過(guò)審,他們不免要欣喜若狂一陣子,但狂喜過(guò)后,他們必須著手籌劃儀器和航天器的建造,這中間還要反復(fù)修改和調(diào)整方案。同時(shí),他們還要搞定運(yùn)載工具,也就是火箭。對(duì)了,國(guó)會(huì)或議會(huì)說(shuō)不定什么時(shí)候會(huì)削減太空機(jī)構(gòu)的預(yù)算,已經(jīng)獲批的任務(wù)也難保不會(huì)被擱置,甚至取消。 上述過(guò)程動(dòng)輒耗費(fèi)幾年甚至幾十年的時(shí)間,而在此期間,沒(méi)人敢保證火箭、儀器和航天器將來(lái)一定會(huì)如人所愿,完美運(yùn)轉(zhuǎn),不辱使命。 雖然道阻且長(zhǎng),但在2010年2月11日,多年費(fèi)心籌措終臻大成。太陽(yáng)動(dòng)力學(xué)觀測(cè)臺(tái)成功發(fā)射,奏響了任務(wù)的開篇樂(lè)章。洋溢在幾位科學(xué)家臉上的喜悅激動(dòng)之情,成了我此生難忘的珍貴回憶。 我為今日宇宙網(wǎng)撰稿多年,有幸“跟隨”無(wú)人航天器了解太空——跟蹤它們的一舉一動(dòng),分析它們的新奇見聞,結(jié)識(shí)它們背后的優(yōu)秀航天人。我還有幸給公眾講述這些偉大任務(wù)的執(zhí)行過(guò)程,挖掘科學(xué)家和工程師等幕后功臣的傳奇故事——構(gòu)思設(shè)計(jì),研發(fā)建造,分析數(shù)據(jù),運(yùn)維照料,凡此種種,不可悉數(shù)。 這些幕后故事引人入勝,情節(jié)跌宕起伏,幾度峰回路轉(zhuǎn)。正如許多太空科學(xué)家所說(shuō),不必預(yù)設(shè)成果,學(xué)會(huì)期待驚喜。 本書講述21世紀(jì)初的幾個(gè)無(wú)人太空任務(wù)。這些任務(wù)有的持續(xù)幾年,有的長(zhǎng)達(dá)幾十年,有的不過(guò)運(yùn)行幾個(gè)月便完成使命。有如新舊更替的英雄傳奇,無(wú)人太空任務(wù)的故事也是此篇說(shuō)罷,又?jǐn)⑿缕?/p> 本書之外,還有許多奇妙的無(wú)人太空任務(wù)正在執(zhí)行中,我希望你們多去了解。在本書最后一章,我會(huì)介紹一些未來(lái)的新任務(wù)。 如今,不單單是記者,其實(shí)每個(gè)人都可以“跟隨”無(wú)人航天器探索宇宙。普通大眾可以通過(guò)社交媒體參與其中,向美國(guó)國(guó)家航空航天局和其他太空機(jī)構(gòu)提問(wèn)題,觀看影像,了解新的發(fā)現(xiàn)(有些發(fā)現(xiàn)會(huì)實(shí)時(shí)共享)。 此外,隨著公民科學(xué)計(jì)劃的實(shí)施,普通人可以突破“跟隨者”的角色,為科學(xué)進(jìn)步做出實(shí)質(zhì)性的貢獻(xiàn)——發(fā)現(xiàn)隱藏的星系、新的超新星、新的恒星系統(tǒng)、原先看不到的月球隕坑或火星隕坑等等。有什么比這樣的新發(fā)現(xiàn)更激動(dòng)人心呢?很多天體的發(fā)現(xiàn)者都是普通人,今后會(huì)有更多。 跟我來(lái),讓我們一起探索太空…… 南希·阿特金森 于明尼蘇達(dá)州伯南維爾鎮(zhèn)區(qū) 2016年 以往的火星任務(wù) 數(shù)百年來(lái),在夜空中閃爍著紅光的火星深深吸引著太空觀察者。作為離地球最近的行星,火星為人類未來(lái)的太空任務(wù)和外星殖民提供了可能,因此也一直是太空探索時(shí)代人們的主要興趣所在。迄今為止,人類已經(jīng)執(zhí)行了40多個(gè)無(wú)人火星探測(cè)任務(wù)……或者更確切地說(shuō),已經(jīng)嘗試過(guò)40多個(gè)任務(wù)。 把美國(guó)、歐洲、蘇聯(lián)(俄羅斯)和日本執(zhí)行的任務(wù)都算在內(nèi),超過(guò)半數(shù)的火星任務(wù)均以失敗告終。有的是發(fā)射時(shí)出師不利,有的在航行中途出現(xiàn)故障,有的沒(méi)能進(jìn)入軌道,還有的經(jīng)歷了慘烈的著陸。雖然最近幾次任務(wù)的成功率已經(jīng)遠(yuǎn)高于早期的原地探索任務(wù),但是當(dāng)空間科學(xué)家和工程師每每埋怨“噬星老妖”或者“火星詛咒”搞砸了任務(wù)時(shí),他們并不完全是調(diào)侃。 不過(guò),我們也取得了非凡的成績(jī)。在20世紀(jì)60年代和70年代,“水手號(hào)”軌道飛行器和“海盜號(hào)”探測(cè)器等早期任務(wù)向我們展示了一個(gè)異常美麗但貧瘠荒蕪的巖石世界,人類希望找到小綠人做行星鄰居的幻想從此破滅了。然而,后來(lái)的任務(wù)給人類帶來(lái)了新希望。壯闊的荒涼里暗藏著過(guò)去——抑或是現(xiàn)在——水和全球活動(dòng)的跡象,令人神往。
“海盜號(hào)”探測(cè)器的藝術(shù)概念圖。 圖片來(lái)源:美國(guó)國(guó)家航空航天局、噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室 現(xiàn)在的火星表面看起來(lái)又冷又干,大氣稀薄得好像你在地球上呼出的一口氣,無(wú)法抵御太陽(yáng)輻射的轟擊。但有跡象表明,火星并非一直如此。從軌道上可以看到溝槽和錯(cuò)綜復(fù)雜的峽谷系統(tǒng),這些地形特征似乎是流水沖刷而成的。 幾十年來(lái),行星科學(xué)家爭(zhēng)論不休。這些地形特征是在災(zāi)難性事件(比如小行星撞擊或者突然的氣候?yàn)?zāi)變)引起的短暫濕潤(rùn)期形成的?還是在幾百萬(wàn)年的歲月里,隨著火星慢慢變得溫暖濕潤(rùn)形成的?到目前為止,許多證據(jù)都是模棱兩可的,兩種情況皆有可能。但如果幾十億年前,火星跟地球一樣擁有河流和海洋,那么或許生命在那時(shí)便已扎根。 “好奇號(hào)”火星車 長(zhǎng)久以來(lái),人類夢(mèng)想著踏足火星,但至今尚無(wú)法實(shí)現(xiàn)。要登上火星,我們需要更強(qiáng)大、更先進(jìn)的火箭和航天器,還需要更尖端的生命支持和作物種植技術(shù)。如果要在火星上建立人類居住地,我們必須將巨大的有效載荷運(yùn)往火星,而時(shí)至今日,我們依然沒(méi)有這個(gè)能力。 我們一邊努力鉆研上述問(wèn)題,一邊向這顆紅色行星派出一個(gè)堪比地質(zhì)學(xué)家的無(wú)人探測(cè)器——“好奇號(hào)”火星車。它跟小汽車一般大小,上面配備了17部相機(jī)、一臺(tái)沖擊鉆、一個(gè)鏟斗、一臺(tái)機(jī)械臂末端透鏡成像儀和一臺(tái)激光器。這些設(shè)備相當(dāng)于地質(zhì)學(xué)家在地球上研究巖石和礦物會(huì)用到的工具。此外,它還能模仿人的活動(dòng),比如登山、進(jìn)食(比喻意義上) 、動(dòng)動(dòng)胳膊(機(jī)械臂)和自拍。 這位在火星上漫步的“機(jī)器人地質(zhì)學(xué)家”還是一個(gè)移動(dòng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室。10部車載儀器可以搜尋作為原始生命物質(zhì)的有機(jī)碳,“聞一聞”火星的空氣,“看一看”是否存在甲烷之類的氣體——生命存在的跡象。“好奇號(hào)”的機(jī)械臂好似一把瑞士軍刀,所需工具應(yīng)有盡有:一個(gè)類似照相機(jī)的放大鏡,一臺(tái)用來(lái)測(cè)量化學(xué)元素的光譜儀,還有一臺(tái)給巖石鉆孔的沖擊鉆,為火星樣品分析裝置和化學(xué)與礦物學(xué)設(shè)備提供樣品。化學(xué)相機(jī)(ChemCam)的激光能夠在7米外把巖石汽化,然后根據(jù)其光譜確定礦物成分。此外,火星車上還有一個(gè)氣象站和一臺(tái)輻射監(jiān)測(cè)設(shè)備。 “好奇號(hào)”的國(guó)際科學(xué)團(tuán)隊(duì)由大約500人組成,設(shè)備齊全的“好奇號(hào)”成為他們探索火星的手和眼睛。
“好奇號(hào)”火星車上的各種成像設(shè)備和科學(xué)儀器。 圖片來(lái)源:美國(guó)國(guó)家航空航天局、加州理工學(xué)院-噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室 以往的火星車使用太陽(yáng)能電池陣列(solar arrays)收集太陽(yáng)能發(fā)電,而“好奇號(hào)”與“新視野號(hào)”一樣,使用放射性同位素溫差發(fā)電機(jī),反復(fù)為可充電的鋰電池供電。同時(shí),產(chǎn)生的熱量被導(dǎo)入火星車的底盤,用于內(nèi)部電子元件的保溫。 由于體積和質(zhì)量較大,“好奇號(hào)”不可能像過(guò)去那樣,使用安全氣囊著陸。美國(guó)國(guó)家航空航天局工程師羅伯·曼寧(Rob Manning)解釋說(shuō):“你沒(méi)法讓那么大的東西彈起來(lái)!笨罩械踯囀且粋(gè)大膽的解決方案。 “好奇號(hào)”的使命:揭示火星幾十億年的演化過(guò)程,確定火星是否曾經(jīng),甚至現(xiàn)在依然支持微生物存在。 “好奇號(hào)”的探索目標(biāo):一座高5.5千米的火星山,它被科學(xué)家稱為夏普山(Mount Sharp),原名伊奧利亞山(Aeolis Mons),坐落在直徑155千米的蓋爾坑(Gale Crater)中央。
現(xiàn)場(chǎng)參與“好奇號(hào)”著陸的人員包括美國(guó)國(guó)家航空航天局太陽(yáng)系探索(Solar System Exploration)項(xiàng)目執(zhí)行官戴夫·萊弗里(Dave Lavery,右二)和負(fù)責(zé)科學(xué)任務(wù)指揮部(Science Mission Directorate)的副局長(zhǎng)約翰·格倫斯菲爾德(John Grunsfeld,右四)。 圖片來(lái)源:美國(guó)國(guó)家航空航天局、比爾·英戈?duì)査?/p> 蓋爾坑從60個(gè)候選著陸點(diǎn)中脫穎而出;鹦擒壍里w行器的數(shù)據(jù)表明,夏普山含有幾十個(gè)沉積巖層,可能經(jīng)過(guò)了幾百萬(wàn)年才形成。這些巖層可以解釋火星的地質(zhì)變遷和氣候演化。此外,夏普山和蓋爾坑似乎都有看似由流水沖刷而成的溝槽和其他特征。 計(jì)劃:火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室將在蓋爾坑內(nèi)一片平坦的低地上著陸,然后小心地攀登夏普山,研究山體的每個(gè)巖層,這相當(dāng)于縱觀火星的各個(gè)地質(zhì)年代。 最大的挑戰(zhàn)在于“好奇號(hào)”能否降落到那里,機(jī)會(huì)只有一次。 如何駕駛火星車 在火星上,“好奇號(hào)”怎么知道要去哪里?怎么去?你或許以為,噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的工程師像搖動(dòng)游戲桿一樣操控火星車。但與遙控駕駛和電子游戲不同,火星車司機(jī)沒(méi)有即時(shí)的視覺(jué)輸入和屏幕,看不到火星車的實(shí)時(shí)位置。此外,跟著陸時(shí)的情況一樣,從地球發(fā)出指令,到火星車接到指令,兩者之間總有一段時(shí)間延遲。 “由于通信延遲,我們無(wú)法做到實(shí)時(shí)交互式的操控!辈倏貓F(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人約翰·邁克爾·莫魯基恩(John Michael Morookian)解釋說(shuō)。 準(zhǔn)確地說(shuō),莫魯基恩和這個(gè)團(tuán)隊(duì)的成員都是火星車路線規(guī)劃師。他們與其說(shuō)是操控火星車,還不如說(shuō)是提前為它規(guī)劃路線,編寫專門的軟件,然后上傳指令。 “我們會(huì)參考‘好奇號(hào)’拍攝的周邊圖像!蹦敾髡f(shuō),“4部黑白導(dǎo)航相機(jī)提供一套立體圖像,還有避障相機(jī)的照片和全景攝像機(jī)的高分辨率彩色照片,這些都能詳細(xì)展示前方的地形特征,以及工作現(xiàn)場(chǎng)的巖石和礦物種類,幫助我們識(shí)別科學(xué)家可能感興趣的構(gòu)造。” 利用所有可得數(shù)據(jù)以及名為漫游序列和可視化程序(Rover Sequencing and Visualization Program,RSVP)的專門軟件,操控團(tuán)隊(duì)可以創(chuàng)建一張三維的可視化地形圖。 “這本質(zhì)上是一個(gè)火星環(huán)境模擬器。我們把虛擬的‘好奇號(hào)’放進(jìn)全景場(chǎng)景中,然后模擬它沿設(shè)計(jì)路線行駛的過(guò)程。”莫魯基恩解釋說(shuō),“我們還可以戴上立體眼鏡,看到三維場(chǎng)景,這讓我們感覺(jué)好像在火星上同‘好奇號(hào)’一起行進(jìn)! 在虛擬現(xiàn)實(shí)中,操控團(tuán)隊(duì)可以通過(guò)操縱場(chǎng)景和火星車來(lái)測(cè)試所有可能的路線,從而尋找最佳路線,同時(shí)確定需要避開的區(qū)域。他們可以讓虛擬火星車犯各式各樣的錯(cuò)誤,比如陷進(jìn)沙丘、翻車、撞上大石頭、掉下懸崖等等,還可以不斷完善駕駛指令序列,而真正的“好奇號(hào)”在火星上安然無(wú)恙。 “科學(xué)家會(huì)研究圖像,尋找有趣的地形特征,然后請(qǐng)我們制定一條行進(jìn)路線。路線確定后,我們?cè)倬帉懺敿?xì)的指令,讓‘好奇號(hào)’從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)!蹦敾髡f(shuō),“在此基礎(chǔ)上,我們可以添加指令,指揮機(jī)械臂接觸目標(biāo)。”
“好奇號(hào)”火星車在“天穹”(Big Sky)的自拍照,由火星機(jī)械臂末端透鏡成像儀拍攝于2015 年10 月6 日(第1 126 個(gè)火星日),當(dāng)時(shí)“好奇號(hào)”的沖擊鉆正鉆入砂巖(左下角)。 圖片來(lái)源:美國(guó)國(guó)家航空航天局、加州理工學(xué)院-噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室、馬林空間科學(xué)系統(tǒng)公司 根據(jù)指令,“好奇號(hào)”每晚停車8小時(shí),以便核發(fā)電機(jī)為電池充電。但停車前,“好奇號(hào)”會(huì)將地形圖像和科學(xué)信息等數(shù)據(jù)傳回地球。在地球端,路線規(guī)劃團(tuán)隊(duì)接收數(shù)據(jù),規(guī)劃路線,編寫程序,然后將相關(guān)數(shù)據(jù)傳回火星!昂闷嫣(hào)”第二天醒來(lái)后,先下載指令,然后恢復(fù)工作。這個(gè)過(guò)程周而復(fù)始,不斷重復(fù)。 “好奇號(hào)”還有自動(dòng)導(dǎo)航功能,可以穿越操控團(tuán)隊(duì)在圖像里尚未看到的地方。借助自動(dòng)導(dǎo)航,“好奇號(hào)”能夠感知潛在的危險(xiǎn),從而有能力翻山越嶺,到未知的領(lǐng)域去探索。 “我們不常使用自動(dòng)導(dǎo)航功能,因?yàn)橛?jì)算量太大,火星車行進(jìn)起來(lái)太耗時(shí)。”莫魯基恩說(shuō),“我們發(fā)現(xiàn),與其使用自動(dòng)導(dǎo)航,還不如等我們第二天上班看到圖像,研究明白,然后讓它沿著設(shè)計(jì)好的路線能走多遠(yuǎn)走多遠(yuǎn)。” 莫魯基恩帶我參觀了路線規(guī)劃團(tuán)隊(duì)的工作間,向我解釋他們?cè)鯓影凑斩鄠(gè)時(shí)間表規(guī)劃“好奇號(hào)”的路線。 “我們不僅要做每日路線規(guī)劃,”他說(shuō),“還要做長(zhǎng)期戰(zhàn)略規(guī)劃,后者要用到火星勘測(cè)軌道飛行器高分辨率成像科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備(HiRISE)的圖像。我們基于這些圖像里的地形特征,選擇合適的路線。這項(xiàng)工作具有戰(zhàn)略性,需要考慮未來(lái)幾個(gè)月的最佳路線! 路線規(guī)劃團(tuán)隊(duì)還要做短程規(guī)劃(supratactical)。短程規(guī)劃只考慮下一個(gè)星期,目的是管理和完善“好奇號(hào)”近期活動(dòng)的類型。此外,由于團(tuán)隊(duì)里已經(jīng)沒(méi)有人再按火星時(shí)間作息,所以規(guī)劃人員會(huì)在每周五確定未來(lái)幾天的計(jì)劃。 “我們周末休息,所以要在星期五規(guī)劃好后面幾個(gè)火星日的活動(dòng)!蹦敾髡f(shuō),“我們分成兩組,一組負(fù)責(zé)確定行駛時(shí)間,另一組確定機(jī)械臂和其他儀器的工作時(shí)間。” 不過(guò),“好奇號(hào)”在周末傳回的數(shù)據(jù)還是會(huì)有人監(jiān)控。如果有問(wèn)題的話,他們會(huì)請(qǐng)周末應(yīng)急小組做更詳細(xì)的評(píng)估。莫魯基恩說(shuō),有幾次他們不得不啟用周末應(yīng)急小組,但到目前為止,還沒(méi)有出過(guò)嚴(yán)重的問(wèn)題!暗@確實(shí)讓我們保持警覺(jué)!彼f(shuō)。 “好奇號(hào)”具有多種響應(yīng)式安全檢查手段,比如監(jiān)測(cè)火星車甲板的整體傾斜度和車輪懸掛系統(tǒng)的循跡性。如果車輪壓到體積太大的物體,“好奇號(hào)”會(huì)自動(dòng)停車。
“ 好奇號(hào)”的導(dǎo)航相機(jī)每天把黑白圖像發(fā)回地球, 路線規(guī)劃團(tuán)隊(duì)將這些圖像與“好奇號(hào)”傳回的其他數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái),生成三維地形模型,然后在里面添加一個(gè)虛擬的三維火星車。這樣,路線規(guī)劃團(tuán)隊(duì)便能更好地了解火星車的位置以及圖像中各種地形的規(guī)模和間距。 圖片來(lái)源:美國(guó)國(guó)家航空航天局、加州理工學(xué)院-噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室 “好奇號(hào)”不追求速度。它的設(shè)計(jì)行駛能力是每天200米,但它很少在一個(gè)火星日里走那么遠(yuǎn)。 到2016年年中,“好奇號(hào)”已經(jīng)在火星表面行駛了大約13.2千米。
“好奇號(hào)”火星車的車轍可以幫助路線規(guī)劃團(tuán)隊(duì)計(jì)算行駛距離,從而更準(zhǔn)確地操控“好奇號(hào)”。圖片中車輪孔洞留下的痕跡是JPL 三個(gè)字母的莫爾斯電碼。 圖片來(lái)源:美國(guó)國(guó)家航空航天局、加州理工學(xué)院-噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室 [美] 南希·阿特金森(Nancy Atkinson),大眾太空和天文學(xué)新聞網(wǎng)站“今日宇宙網(wǎng)”的編輯和作者,美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的太陽(yáng)系大使。自2004 年以來(lái),她撰寫了幾千篇有關(guān)太空新發(fā)現(xiàn)的文章。她是《太空生活方式雜志》(Space Lifestyle Magazine)的主編,并在Wired.com、Space.com、美國(guó)國(guó)家航空航天局的《太空生物學(xué)雜志》(Astrobiology Magazine)、《太空時(shí)代》(Space Times)和中西部的幾家報(bào)紙上發(fā)表過(guò)文章。她參與過(guò)四個(gè)太空主題的播客,包括“天文學(xué)熱播”(Astronomy Cast)和天文學(xué)365 天(365Days of Astronomy),是美國(guó)國(guó)家航空航天局月球科學(xué)研究所播客的主播。南希居住在美國(guó)明尼蘇達(dá)州。 引 言 足不出戶看宇宙/ IX 第一章 揭開冥王星的奧秘:“新視野號(hào)”/ 001 誰(shuí)言不可為/ 002 “新視野號(hào)” / 004 到底是不是行星?/ 008 爭(zhēng)分奪秒/ 014 失聯(lián)/ 022 冥王星之心/ 027 飛掠日/ 030 回味/ 034 冥王星特寫/ 037 任務(wù)繼續(xù)/ 043 第二章 帶著“好奇” 漫游火星/ 045 驚心動(dòng)魄7 分鐘/ 046 以往的火星任務(wù)/ 049 火星漫游車/ 051 “好奇號(hào)”火星車/ 056 著陸之夜/ 059 火星時(shí)間/ 064 水,水……/ 065 其他發(fā)現(xiàn)/ 073 如何駕駛火星車/ 074 “好奇號(hào)”的問(wèn)題/ 080 兼顧平衡/ 083 野獸/ 085 第三章 改變一切:偉大的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡/ 087 凝望星辰/ 088 困難重重/ 090 太空修理工/ 095 太空校車/ 100 宇宙新面貌/ 101 如何創(chuàng)建一幅美圖/ 104 管窺太空/ 109 哈勃任務(wù)的遺產(chǎn)/ 111 再修一次/ 117 哈勃空間望遠(yuǎn)鏡與未來(lái)/ 119 第四章 探索兩個(gè)世界:“黎明號(hào)”/ 123 雙重性、二分法與“黎明號(hào)”/124 “黎明號(hào)”探測(cè)器/ 126 灶神星和谷神星記錄的太陽(yáng)系 簡(jiǎn)史/ 130 彗星、小行星還是行星?/ 132 馬克·雷曼的多彩世界/ 133 離子引擎:科學(xué)與科幻之間/ 136 傳統(tǒng)火箭與離子推進(jìn)/ 142 工程師挽救危局/ 145 灶神星的黎明/ 148 沒(méi)有“驚心動(dòng)魄7 分鐘”/ 152 谷神星的黎明/ 155 直到盡頭……/ 160 第五章 搜尋行星:“開普勒”與外星世界/ 163 不同的宇宙觀/ 164 我們是孤獨(dú)的嗎?/ 166 早期的行星搜尋/ 171 開普勒任務(wù)簡(jiǎn)史/ 175 震驚/ 178 說(shuō)說(shuō)煎餅與行星/ 183 數(shù)不清的系外行星/ 184 K2 / 188 行星獵人/ 193 系外行星搜尋的未來(lái)/ 195 系外行星與人類存在的意義/ 199 第六章 光環(huán)行星及其冰衛(wèi)星揭秘:“卡西尼-惠更斯”任務(wù)/ 201 燃料不足/ 202 怎樣設(shè)計(jì)一項(xiàng)太空任務(wù)/ 206 土衛(wèi)六的麻煩事/ 209 長(zhǎng)壽的“卡西尼號(hào)”/ 214 土星明信片/ 216 土衛(wèi)六表面的“惠更斯號(hào)”/217 土衛(wèi)二上活躍的間歇泉/ 219 極為活躍、動(dòng)態(tài)變化的土星環(huán)/ 223 研究土星的超級(jí)風(fēng)暴/ 229 揭開神秘衛(wèi)星的面紗/ 231 土衛(wèi)六的湖岸屬性/ 234 “卡西尼號(hào)”的終場(chǎng)演出/ 236 第七章 全天候下載太陽(yáng):太陽(yáng)動(dòng)力學(xué)觀測(cè)臺(tái)/ 237 有驚無(wú)險(xiǎn)/ 238 太陽(yáng)的工作原理/ 240 太陽(yáng)動(dòng)力學(xué)觀測(cè)臺(tái)的工作原理/244 發(fā)射日:2010 年2 月11 日/ 245 讓我們來(lái)搞科學(xué)吧。 250 我們都愛太陽(yáng)動(dòng)力學(xué)觀測(cè)臺(tái)/ 258 不存在致命耀斑/ 262 太陽(yáng)動(dòng)力學(xué)觀測(cè)臺(tái)的未來(lái)/ 265 第八章 臨危受命:火星勘測(cè)軌道飛行器和高分辨率成像科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備/ 267 浴火重生/ 268 競(jìng)爭(zhēng)/ 272 火星勘測(cè)/ 274 高分辨率成像科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備/277 怎樣從高速移動(dòng)的航天器上拍照片/285 火星勘測(cè)軌道飛行器的發(fā)現(xiàn)/ 291 兩個(gè)大腦/ 293 彗星飛掠/ 296 你也能給火星拍照/ 298 火星勘測(cè)軌道飛行器的遺產(chǎn)/ 301 第九章 攝月:月球勘測(cè)軌道飛行器/ 303 “阿波羅號(hào)”登月的證據(jù)/ 304 “重返月球,不再離開”/ 310 何去何從?/ 314 激光測(cè)高儀/ 317 全新的月球/ 320 水及其他/ 322 近看月球/ 330 月球探索的未來(lái)/ 338 第十章 展望未來(lái):值得關(guān)注的太空任務(wù)和太空發(fā)現(xiàn)/ 341 太空救援車/ 342 近期任務(wù)/ 349 后 記 為什么探索太空?/ 365 致 謝/ 369
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