探测器列传：35.低级错误

上文书讲到火星探路者号成功的在火星上着陆了，而且开创了一种很有意思的落地方法，那就是吹个大气球，在火星上蹦跶半天，等停下来以后，再放气，然后在展开探测器外壳，让旅居者号火星车下来。

旅居者号其实不算大，轮子悬挂机构收起来，整个体积跟微波炉差不多大。当然，悬挂系统要是撑开了，那就要显得大一些。下边装了6个金属轮子，有一定的越野能力。整个小车的顶部平面就是太阳能电池板。小车上装了各种探测仪器，包括一台alpha谱线探测器。这东西能够检验岩石的成分。火星上和地球上有很长的通信延迟，所以这台火星车上带了避障的雷达，带了两台导航的黑白相机，可以形成立体视觉，车后边装了一台彩色相机，可以拍摄彩色照片。当时的数码相机分辨率并不高，只有几百像素，但是可以通过拼接来扩大画面。

当然，这个小车无法跟地球直接通信，而是要经过几次传递，首先是把数据传输给底座，那个底座本身也是个探测器，上边装了一大堆仪器，这个底座也有个名字叫做卡尔·萨根纪念站。上边也装了磁力探测仪，桅杆上装了彩色立体相机。还带了高功率的天线，可以和太空轨道上的卫星通信，由卫星把数据再转一道手，发回地球。其实这也是不得已而为之，因为火星是会自转的，地面上的探测器要是跟着火星转到背面，那么通信就可能中断。因此必须在环绕火星的轨道上，留下一个二传手。

当时这个火星车也算是一个比较轰动的科技新闻，因为美国人很久没有探测火星了，而且这一次火星车可以在火星表面溜达，这比固定不动的探测器灵活多了，带回的信息也丰富多了。尽管这个火星车走的非常慢，一秒钟只能走1厘米。而且为了防止掉沟里，防止撞上岩石，每次都走不了几步就要停下来查看一番。

火星探路者拍摄的全景图（超大）

探测器所在的战神峡谷很像地球上的荒漠，除了土，就是大大小小的石头。远处一公里外有两个小山包。最左边几公里远的地方，似乎能看到一个大陨石坑的边缘。这个地方地形还蛮复杂的。

你要是只看周围这些大大小小的石头，还真看不出太多的名堂。最多也就能发现，某些石头似乎是朝着一个方向倾斜，某些石头尽管不像地球上的鹅卵石那么光滑，起码能看出似乎被磨去了棱角。

但是，你到太空里去看卫星照片，你马上就能明白为什么NASA要选择这个地方作为火星探路者号的着陆地点，因为战神峡谷很像是一条河道。那些朝着一个方向倾斜的石头，很可能就是亿万年前水流冲刷导致的。

大家都相信，过去的火星不是现在这个样子，过去的火星应该是有大量的水的。起码在火星探路者着陆的地方应该曾经爆发过洪水。能把这么多的大石头从别的地方冲过来，想必洪水的规模很大，积水的面积应该有地中海那么大。

到底是什么导致了大洪水的爆发呢，有可能是火山作用，本地的地表温度比较高，了地下大量的冰雪发生了融化，因此导致的洪水的爆发。于是就把这个地方冲成了一条河道。

火星落日

探测器上的的数据被源源不断的发送回地球，火星上寒冷干燥，周围一片红色，就像是生了锈一样。天空灰蒙蒙的，微微有点发红，阳光周围的霞光居然是蓝色。显得有点另类。通过360度全景相机，能看到天空上偶尔有非常淡的云彩，这些云彩根本没有下雨的能力，因为现在的火星一片干燥，根本没有水。一点也看不出当年沧海横流的样子。

火星上的夜晚非常冷，温度可能会下降到-80℃。所以，火星探路者上带了不少核放射性热源。这种发热元件不提供电力，纯粹就是为了保暖，这东西就是个铂铑合金的小球，里边转装了2.7克的二氧化钚。这里的钚元素是钚238，可以通过衰变来释放热量。

我们以前讲到过，这个钚238衰变释放的是alpha粒子，这个东西就是氦的原子核，穿透性很差，因此很容易屏蔽。alpha粒子如果俘获了电子，就会变成氦气，内部的氦气大量聚集，是会憋炸的，因此这个合金外壳上还专门搞了释放氦气的通气孔。

这一次，NASA为了省钱，一切都是因陋就简，火星车的电池板就在小车的顶上，卡尔·萨根自动站的电池就是张开的那3片外壳，纯粹是平放在地上，因为没有专门去对准太阳，因此发电效率就打了折扣。而且这些电池板还遭到了火星尘埃的困扰。说白了，积了一层灰。

卡尔·萨根自动站的自拍图

火星上的雾霾比较严重，地面上的科学家对火星探路者号的电池板供电情况进行了分析，每天电池板的发电能力都会比前一个火星日下降0.28%，这些折扣都是因为电池板表面的积灰造成的。到了第20天以后，灰尘的沉积情况出现了变化。后边的灰尘沉积速度比前边要低一些。又过了20几天的样子，突然之间，电池板的发电量出现了一个小幅度的回升，估计是因为火星上刮了一场风，积灰都被吹走了，电池板干净了不少，发电量也就变大了。

可以说这也是科学家们第一次对火星探测器电池板积灰情况进行研究，因为这事儿可不是小事，如果积灰严重，会对发电量造成很大的影响。在火星上，那么遥远，也不可能有人去擦擦，你也不好用雨刮器去刮一卦，只能靠火星上的老天爷赏脸。靠自然风去吹掉这些灰尘。日后有很多火星探测器最终就死在这上头。

总之，着陆器发送了超过287.5兆的信息，包括1.65万张图片，并对大气压力、温度和风速进行了850万次测量。算是采集到了大量的一手资料。我们也不能奢求太多了。毕竟这是一个对快好省项目，旅居者号火星车能撑过7天就已经够本了。在多撑一天都是赚的。火星探路者足足撑了3个月，已经是非常划算的买卖了。

旅居者号跑远了，距离大概是100米左右，信号相对来讲比较弱一点。到了1997年的10月7号，通讯突然中断了。在此后的5个月里，地面人员一直在试图恢复和火星车的通信，就这样折腾了5个多月，最后在1998年3月份完全放弃了，火星探路者项目就此结束。

《火星救援》剧照，火星探路者号探测器还原极其逼真

火星探路者太有名了，结果就被好莱坞给盯上了，电影《火星救援》里边，马特达蒙不是回不来了嘛，为了和地球建立通信，他费了半天劲，找到了火星探路者号，然后一顿拆装维修，利用这个玩意儿和地球取得了联系。你别说，电影里那个火星探路者号的道具非常的逼真……废话，这个道具就是JPL原班人马复制的，能不逼真吗？

说实话，对于火星探路者项目，JPL的工程师们其实一直心里打鼓。这样一个项目能取得这样的成绩，应该算是很难得了。但是，这是一个省钱的项目，只有工程师心里清楚，他们在方案上做了太多的妥协与凑合，有太多的一锤子买卖，压根没有冗余备份。现在火星探路者超额完成任务，对工程师们来讲也许并不是好事，因为NASA领导会把这种省钱的模式进行到底。未来的火星探测器难道都是这种便宜货吗？那保不准就要出毛病了。

你别说，还真的被他们给说中了，1998年底发射的火星气候勘测者号探测器，千里迢迢飞到了火星附近，就要进入刹车捕获阶段了。探测器开始开反推火箭刹车，然后，探测器一拐弯儿，就绕到火星背后去了，按理说，绕过来以后，应该再此和地球取得联系，但是，地面测控站左等没消息，右等还没消息，后来就再也没能去测联系。这颗探测器就这么不明不白的丢了。

火星气候勘测者号

1999年11月10号，事故调查委员会发布了第一阶段报告，详细介绍可能导致探测器发生事故的问题。

问题就出在了第4次修正上。地面人员是在1999年9月8日完成修正-4的计算，随后在1999年9月15日执行执行了程序。这次调整的目的是让探测器调整至最佳位置，这样一来，9月23号，火星气候勘测者号会从火星上空226公里高度开始拐弯，变成环绕火星运转的卫星。这个高度还是比较合适的。

但是在完成了这次轨道修正以后，地面测控人员就觉得不对劲，因为探测器擦过火星，开始拐弯的轨道高度根本不是226公里，可能只有110公里，这个高度实在太低了，无法避免火星大气的影响。这还只是毛估一下的数值，事后仔细检查测控数据，发现当时探测器的轨道高度是57公里，这显然太矮了。低于80公里就肯定要坏菜，何况57公里呢。探测器肯定是被强风吹扁了。

这到底是怎么回事呢，调查委员会给出的答案让人哭笑不得。这是个彻头彻尾的低级错误。这颗探测器是洛克希德马丁公司制造的。人家洛马公司的工程师用的单位制都是公制单位，引擎推力单位用的是牛顿。地面的控制人员在编写轨道修正程序的时候，用的是英制单位磅。这纯属是驴唇不对马嘴啊。这件事给NASA提了个醒，一律使用公制单位，不得使用英制。做科学计算，这是硬标准。

说白了，美国人在英制公制转换上不知道吃了多少亏了，没办法，就是改不过来。

无独有偶，下一颗火星探测器叫“火星极地着陆者”，火星不是有个极冠嘛，冬天会扩张，夏天会缩小，这地方到底是怎么回事，咱们派个探测器落下去打探打探呗。所以，这个探测器着陆的地方大概是在火星的南纬73~76度的地方。

火星极地着陆者

这个探测器还带着一个叫做“深空2号”的小探测器，这东西采用撞击的方式一头扎进火星的地下，然后往下钻探。这东西外壳是钢的。探测器进入大气层之前，先把这东西扔出去，让它自己往下落，硬砸进火星地表之下，简而言之，就是个小号的钻地炸弹。

为了防止气动加热产生的高温，穿甲弹外壳上包了一层陶瓷。撞到地上就碎了。剩下就是钢芯继续往下穿，这个探测器屁股后头有个圆盘子，这个盘子留在地表之上，有一根线和钻地弹相连，可以把地下的数据传上来。

深空2号

这个探测器也是千里迢迢的飞到了火星周围，开始着陆进程。就在进入大气层之前6分钟，这个探测器和地球失去联系。不知道哪里去了。火星轨道上不是有个火星全球勘测者正在绕圈圈吗？让它去一圈一圈的找，找来找去也没发现落在哪里。这个探测器就此失踪了。那个深空2号应该是提前扔出去了，这家伙很小，信号很弱，即便是没摔坏，也很难取得联系。最终NASA宣布放弃了，不找了。

事后分析原因，可能是探测器的着陆腿张开的时候产生了一个虚假信号，导致探测器以为落地了，于是就把火箭反推给关了，所以呢，这个探测器就这么摔倒地上摔扁了。

我们综合起来看这两次失败，看上去原因各不相同。但是其实这些探测器都是多快好省的项目。都是用德尔塔2型火箭发射，这个火箭运载能力有限，因此探测器必须限制在600公斤之内。一般都是580多公斤。各种冗余措施就必须降低，很多该做的实验也没做。常在河边走，哪有不湿鞋呢？说到底，有些东西真的不能省啊。

德尔塔II型运载火箭

火星探测次数比较多，毕竟探测器跑一趟，也就几个月时间。这次不行，下次可以再来。但是深空探测就不行了，机会难得，探测器要飞好几年才能到，所以一切都不能凑合。卡西尼-惠更斯探测器，就是这种多少年都遇不到的土星探测项目，这东西可真是马虎不得。

卡西尼-惠更斯探测器是美国的NASA和欧空局共同研发的一个土星探测器。惠更斯探测器是一个专门用来登陆土卫六的着陆器，由欧空局管理。卡西尼探测器是有JPL来管理。美欧两家各管一摊。其实严格的说，欧洲也不是一家，算起来的话，这个探测器有16个国家参与设计建造。

这个项目起源很早，大概是在1982年，欧洲和美国就打算联合探测土星和土卫六。这个方案设计阶段很漫长。欧洲一大堆国家要统一内部意见就够麻烦的，和美国人协调关系也很麻烦。美国强，欧洲弱，欧洲人总觉得没有得到平等对待。

卡西尼-惠更斯探测器

等到了90年代，苏联解体了，俄罗斯和欧洲的合作也越来越频繁。人家欧洲人不求着美国人。美国人一看，坏了，欧洲人要移情别恋。不行，赶快用合作项目拉住欧洲人。于是原来磨磨唧唧的联合探测土星的项目就正式提上了议事日程。

两边航天部门协调好了关系，美国国会又来找麻烦，觉得NASA花钱太多了。国会总是想砍预算。好在这是多国合作项目，国会总是要照顾一下面子，最终，NASA还是说服了国会，批了预算。但是这点钱也很紧张，并不算宽裕。

国会的老爷终于不闹了，民间环保人士又蹦出来了。探测器上用了同位素电池啊。不行，不环保，NASA还得把这些反对声音压下去。就这样，一直折腾到1997年，才有机会发射。

既然是探测土星嘛，这个项目的名称就是以发现土星环卡西尼缝和土星第4颗卫星的法国天文学家卡尼西的名字来命名的。惠更斯号自然就是纪念发现土卫六的欧洲天文学家惠更斯。发射重量大概是5.7吨。这是一颗非常大的探测器。所以，这个探测器就必须用德尔塔4型重型火箭+半人马座上面级才能发射，小火箭是不行的。

卡西尼-惠更斯探测器

卡西尼探测器是个柱形的探测器，头顶上是大天线，屁股底下是推进器。因为土星距离太阳实在太远了，光照根本不够，所以卡西尼使用的是核电池，所以探测器装了33公斤的二氧化钚。为了避免放射性干扰其他的探测器，核电池用桅杆伸得老远。卡西尼探测器需要工作11年，到任务结束的时候，核电池依然可以提供500~700瓦的输出功率。这就是核电池的好处。

探测器上边的仪器主要是三大类，一类是拍照片的，可以叫做“光谱成像装置”，一类是是负责无线电通信与控制。一类是负责探测磁场和各种高能粒子，以及星际尘埃。

卡西尼号的腰上挂着惠更斯着陆器，那个防热大底跟一面金灿灿的盾牌差不多。惠更斯着陆器本身并不算太大，重量有320公斤。

卡西尼-惠更斯探测器的运行轨迹

卡西尼探测器是1997年的10月15号发射的，一起步，这个探测器先要奔金星去，然后利用金星的引力弹弓效应加速，然后再地球和金星之间甩两次，在奔着木星去，利用木星的引力弹弓效应加速，顺便也拜访一下木星。这是一个非常漫长的过程，发射以后，只有耐心等待，探测器在几颗大行星之间来回的甩来甩去。

就在这时候，欧洲的工程师们突然发现了一个设计缺陷，那就是惠更斯号发出的数据，有可能根本无法被接受，去了也是白去。这下，欧空局的领导脑袋都大了。

咱们下回再说。