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标  题: "火星漫游者"将给人类带来哪些信息
发信站: 哈工大紫丁香 (Sat Aug 23 08:25:11 2003)

□□1997年7月4日，美国"火星探路者"在火星着陆，实现了对火星较大范围的移动考察，
代表了火星探测的重要阶段。时过6年，与"火星探路者"类似的火星探测方式于今年实施。
美国于2003年6～7月分别发射了2个"火星漫游者"（以下简称"漫游者"）探测器。这两个"
漫游者"也是自动探测车，但性能远高于昔日的"火星探路者"。其中漫游者－A于2003年6月
10日发射，定于2004年1月4日到达火星，目前选择的着陆点是Gusev陨石坑，它位于火星赤
道南15°；漫游者－B于2003年7月8日发射，定于2004年2月8日到达火星，着陆点是位于火
星赤道以南2°的Meridiani 平原。美国儿童还分别把漫游者－A、B命名为"勇气"和"机遇
"。
　　 
　　 1 "漫游者"的使命
　　 "漫游者"最主要的科学使命是寻找火星过去水的迹像。目前在火星表面没有发现液体
水，如果过去曾经存在，则可以在土壤和岩石中发现它们的迹像。了解液体水的历史对于
实现火星长期探测计划的目标是非常重要的。这些目标是确定火星是否有生命存在，表征
火星的气候、地质，为载人探测火星做准备。
　　 根据现在的理解，水是生命存在的必要条件。因而水活动的历史对发现火星环境是否
曾经维持生命是很关键的。"漫游者"将通过直接在火星表面的探测，来发现过去火星上存
在的水的位置，确定水与岩石和土壤之间的化学及地质作用。火星岩石和土壤的结构及矿
物含量记录是矿物形成时环境状态的指示，详细的研究岩石取样，可以揭示火星过去气候
的状态，这种状态可能与现在完全不同，是温暖和潮湿的。 
　　 发射载人飞船到达火星，是人类探测火星的最重要的形式。但是，火星大气极为稀薄
，且没有臭氧层，不能屏蔽来自太阳的紫外辐射。因此，为了航天员的安全，必须详细地
考察火星的辐射环境。
　　 此次"漫游者"确定的科学课题有7项：
　　 (1) 寻找那些表征保持了过去水活动线索的各种岩石和土壤，其中取样观察将包括与
水有关过程沉积的矿物，例如沉积、蒸发、冲击渗透或水热活动；
　　 (2) 确定着陆点周围矿物、岩石和土壤的分布和成分；
　　 (3) 确定什么样的地质过程形成了局地形状和影响火星化学，那些过程可能包含了水
或风侵蚀、沉积、水热作用、火山活动和陨石撞击；
　　 (4) 对火星轨道器仪器所得到的观测数据进行标定和验证，这将有助于确定从轨道上
进行观测的仪器的准确度和有效性；
　　 (5) 寻找含铁的矿物，辨别并确定含水或在水中形成的特殊矿物（例如含铁的碳酸岩
）的相对数量；
　　 (6) 研究岩石和土壤的矿物学特征和构造特征，并确定产生它们的过程；
　　 (7) 寻找当液体水存在时环境条件的地质线索，评估这些条件是否曾维持生命存在。


2 "漫游者"的结构和功能 
　　 (1) "身体" "漫游者"的"身体"是一个保护内部计算机、电子学部件和电池的外壳，
并具有温度控制作用。
　　 (2) "大脑" 与人和动物不同，"漫游者"的"大脑"位于它的身体内部，实际上是处理
信息的计算机。通信界面能使计算机与"漫游者"的仪器和传感器交换数据。计算机含有特
殊的存储器，能承受来自太空极强的辐射，并可防止电源关断循环，在夜间关机时也不会
被意外删除。
　　 "漫游者"的存储器包括128 MB的DRAM，它具有误差检测和校正功能；还有1个3 MB的
EEPROM，它的容量与1台标准的家用电脑相当。其存储器的能力是"火星探路者"的1000多倍
。
　　 "漫游者"携带了1个"惯性测量单元" (IMU)，它能提供其位置的三维信息，让"漫游者
"进行精确的垂直、水平和左右移动。这个装置用于"漫游者"导航，可使其安全移动，能估
计它所处的火星表面的坡度。
　　 "大脑"还用于监测"漫游者"的"健康"状况。同人的大脑一样，计算机存储了"漫游者
"的健康信息，如正常温度和其他正常参数。
　　 在"漫游者"行星际旅行部分结束，开始进入火星大气时，"漫游者"主计算机的软件将
改变模式。在进入火星大气层时，软件执行控制环监测"漫游者"的"健康"和状态，检测执
行的指令，履行通信功能和检测总体状态。在着陆阶段，软件也执行类似的健康检查功能
。
　　 "漫游者"拍摄照片、行进、操作仪器和通信，都是在这个"大脑"的支配下进行的。

　　 (3) 温度控制系统 同人的身体一样，在极热和极冷的条件下，"漫游者"也不能正常
工作。为了在所有阶段都能正常工作，其温度必须保持在±40℃之间。在夜间，火星表面
温度可下降到－96℃，这时"漫游者"体内的加热器工作，使其保持在正常温度范围。此外
，通过使用金属涂层和绝缘材料，也可以防止热量损失。当自身温度高时，可通过自身的
辐射器释放热量，降低体温。
　　 (4) "脖子"和"头" 看上去像"脖子"和"头"的是支架及装在支架上的全色摄像机（Pa
ncam）。它们高1.4m，有很宽的视场。在水平方向，摄像机可以在360°范围内转动；在仰
角方向，摄像机可以围绕水平方向在±90°范围内转动。
　　 (5) "眼睛"和其他传感器 每个"漫游者"有9只"眼睛"， 其中6个工程摄像机为"漫游
者"导航服务，另外3个摄像机进行科学研究。
　　 在6个工程摄像机中，有4个是用于避免灾害的，它们安装在"漫游者"前面和侧面的较
低部位。这4个黑白摄像机利用可见光对周围进行三维摄像，以防止"漫游者"偶然撞击障碍
物。它们与软件合作工作，允许"漫游者"自己进行安全选择。这种摄像机有120°的视场。
另2个摄像机用于拍摄行进方向3m远的地形。安装在"脖?quot;和"头"上的这2个导航摄像机
是1对立体摄像机，每个有45°的视场，用于支持科学家和工程师的地面导航计划。
　　 其上的2个科学Pancam用于获取火星表面三维全色图像。这2个摄像机基本上模仿人眼
的分辨率（0.3mrad），给出的图像如同一个地质学家站在火星表面上所看到的。另外，P
ancam的每只"眼睛"有8个滤波器，每两只"眼睛"之间有11个专门的彩色滤波器。这2个摄像
机也是导航系统的一部分。借助于太阳滤波器，Pancam将指向太阳，因此将用作绝对指向
传感器。
　　 科学显微成像仪是1个单色科学摄像机，它安装在"漫游者"的臂上，用于靠近获取岩
石和土壤的图像。
　　 (6) "臂" "漫游者"的"臂"也称为仪器展开装置（IDD）。与人的臂类似，它通过3个
铰接头（"肩"、"肘"和"腕"）可灵活地使仪器伸展、弯曲和与岩石精确地成一定角度。臂
的末端是一个转动架，结构像手，能握住各种工具（仪器），并可以旋转350°。
　　 (7) "腿" "漫游者"的6个轮子相当于它的"腿"。每个轮子由各自的马达驱动。2个前
轮和2个侧轮还有各自的转向马达，允许"漫游者"原地旋转360°。
　　 "漫游者"可爬45°的坡度，但"避免灾害"软件可使它避免在超过30°坡度的方向移动
。"漫游者"的铰链转向架允许它跨过大于轮直径（25cm）的障碍（如岩石）或洞。每个轮
也有履带，使它可在软沙地上行驶，也能爬越岩石。
　　 "漫游者"在平坦硬地上的最高速度是5cm/s。但为了安全起见，它配备了"避免灾害"
软件，使它每隔几秒就停止并对它的位置进行再评估。其平均速度约1cm/s。
　　 (8) 电源 "漫游者"的能源来自太阳电池翼和蓄电池。在每个火星日，如果太阳电池
翼被阳光照射4h以上，可产生大约140W的电功率。"漫游者"需要大约100W电功率驱动，剩
余电能用于进行科学探测。 "漫游者"上的两个可充电电池用于在没有太阳照射时提供电能
。
　　 (9) 通信系统 "漫游者"装有低增益和高增益两个天线。低增益天线是全向天线，它
以低速率向地面的深空网（DSN）发射无线电波。高增益天线在特定的方向发射信息。"漫
游者"还可以向其他围绕火星飞行的探测器发射上行信息，例如向"奥德赛"（Odyssey）和
"火星全球勘察者"（MGS）发送信息，然后由它们将信息传回地球。这样做有两方面的好处
，一是这些探测器比DSN天线靠近"漫游者"；二是这些探测器可以有更长的时间在"漫游者
"的视场内，即有更长的通信时间。 

3 "漫游者"携带的科学仪器
　　 (1) Pancam
　　 Pancam 是1台高分辨率的彩色立体CCD摄像机，探测器是CCD。它只有270g重，可以放
在掌心上，但却能产生含有4000×24000个像素的全色图像，将用于对火星表面和天空成像
。 
　　 Pancam具有多光谱成像的能力。多光谱图像可以帮助科学家更多地了解火星岩石和土
壤中发现的矿物。蓝和红外太阳滤波器允许摄像机对太阳成像。这些数据连同在各种波长
的图像，将有助于确定"漫游者"的取向，提供关于火星大气尘埃的信息。 
　　 (2) 显微成像仪（MI） 
　　 MI是显微镜与CCD摄像机的组合，将提供火星岩石和土壤小尺度的信息。它将在近处
观测火星表面物质，可以补充其他科学仪器的发现。MI将用于分析沉积岩石颗粒的大小和
形状，这对于辨别在火星过去是否存在水是很重要的。MI位于"漫游者"的臂上，它有1024
′1024个像素，成像是黑白的。 
　　 (3) 微型热辐射光谱仪 (Mini－TES) 
　　 Mini－TES 是1个红外光谱仪，是通过探测来自远处的热辐射来确定岩石和土壤的矿
物学特征。Mini－TES 将记录各种岩石和土壤的谱，这些谱可用于确定矿物的类型和丰度
。其中一个特殊的用途是寻找通过与水作用而形成的矿物，例如碳酸岩和粘土。Mini－TE
S也观测火星大气层并收集温度、水蒸气和尘埃丰度的数据。 
　　 (4) M?ssbauer 光谱仪 (MB) 
　　 火星的许多矿物含有铁，土壤也是富含铁的。MB光谱仪是经特殊设计、专门用于研究
含铁矿物的仪器，它能以高精度确定这些矿物的成分和丰度，而且还可以帮助了解表面物
质的磁性质。 
　　 MB探头非常小，可放在手心上。测量时，探头直接在岩石或土壤中取样。MB测量一次
需要用12h。
　　 (5) a粒子和X射线光谱仪(APXS) 
　　 APXS用于研究由岩石和土壤发射的a粒子和X射线，进而确定它们的元素化学性质。a
粒子是元素在衰变期间发射的。岩石的元素成分描述了不同元素的含量，火星岩石元素成
分的知识为科学家提供了关于行星表层形成的信息以及风化作用。 
　　 (6) 岩石研磨工具(RAT)
　　 RAT是一个强有力的研磨机，能在火星表面岩石中产生直径45mm、深5mm的洞。一旦新
鲜表面显露，科学家可以利用"漫游?quot;的其他仪器详细检验清除后的面积，以判别岩石
内部和外部的差别。这种差别可以揭示岩石是怎样形成的，环境条件产生了怎样的影响。
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(焦点 供稿)
　　 收稿日期：2003-07-16


国际太空2003.8
http://www.cast.ac.cn/cbw/dzqk.htm#gjtk

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