勇气号机遇号：火星车中的 “长寿冠军”

欧洲人的小猎犬2号着陆器登陆火星没有成功，最后就差一哆嗦，太阳能电池板没有翻开，挡住了通讯天线。不过呢，火星快车轨道器倒是寿命很长。成果也很丰富。

轨道器上的立体相机倒是拍摄了大量的照片。拍摄到了火星上大量的地形地貌。有些地形明显就是只有水流才能造成。说明过去火星上是有水的。

火星快车探测器发现了只有在液态水存在下才能形成的水合矿物，从而证实了火星曾经比现在湿润得多，最起码在那段比较温暖，湿润的日子里，火星上应该还是适合生命繁衍的。

火星上的第二尼罗河

火星快车上的雷达探测到了地表以下的冰层，火星上存在着面积非常广大的冻土平原。说实话，火星上的冰其实是挺多的，如果这些冰全摆在地表上，融化以后变成水，可以在火星表面形成一个11米深的海洋。

正因为火星上目前还有水有二氧化碳，所以火星上实际上也是有云的火星快车曾经在80公里的高度探测到了这些由二氧化碳冰晶组成的云彩。当然这些云彩不可能有地球上的云那么浓密，但是多少还是有那么一点点。

那么火星相比于地球为什么会这么干燥呢？科学家们认为就是因为火星太小，而且没有磁场保护，所以水分都被高能粒子给砸跑了。这个过程有点像打保龄球，一个高能粒子砸过来，大气分子就会被撞跑一大堆。

所以的火星快车对火星大气中的电离层进行了探测，探测到了大量逃逸到太空中的氢离子和氧离子。而且火星快车还探测到过太空尘埃颗粒，在重进火星大气层以后燃烧产生的流星余迹。

当然啦，在火星大气层之中，除了最主要的成分二氧化碳以外，还有少量甲烷，估计这些甲烷跟活跃的火山活动有关系。

火星快车拍摄的火卫一照片，距离100公里

火星快车还顺便对火星的两颗小卫星进行研究，特别是最靠内侧的火卫一。因为距离离得近探测时间长，所以大家对火卫一的密度和质量进行了修正，发现这个家伙纯粹是由非常疏松的多孔物质构成的，这说明火卫一很有可能是由火星轨道上的各种尘埃颗粒，还有各种建筑垃圾慢慢粘在一起堆积起来的，所以它才会那么疏松，密度那么小。

当然火星快车还有一项非常重要的任务，那就是帮火星表面上的各种探测器充当通信中继。火星快车曾经为咱们国家的祝融号火星车提供过信号中继服务。虽然咱们国家的天问一号探测器本身就是轨道器，可以提供种通信中继服务，但是你也不可能保证天问一号轨道器总是在祝融号火星车的上空转悠，它总有从地平线上落下去的时候。这个时候如果别人家的轨道器可以帮个忙照看一下，那是最好不过了，所以目前在环绕火星轨道上的几个探测器，互相之间都有个照应，彼此之间时不时就帮个忙。

美国的NASA在2003年开展了一个火星探测漫游者计划，代号是MER，他们计划发射两部火星车同时着陆到火星上。这两台火星车其实长得一模一样。只不过是落地位置不同。

火星探测漫游者比火星探路者大多了

就在发射前的几个月。NASA和丹麦著名的玩具公司乐高合作。举办了一个火星漫游车命名大赛。全美国5~18岁的青少年都可以提交自己的方案。截止日期是2003年的1月31号。

美国的青少年还是挺踊跃的，一下就提交了1万多个名字。最后是来自美国亚利桑那州的一个9岁的小女孩儿索菲·柯林斯提交的名字从众多方案中脱颖而出。她给这两个探测器起名字叫“勇气号”与“机遇号”。最后这两个名字也就被NASA给采用了。

勇气号和机遇号这两个火星车很小，只有185公斤，但是辅助设备就不止这么一点了，着陆器有350公斤重。背壳+降落伞就有209公斤重，防热大底78公斤。从地球飞到火星，中途总要进行轨道修正，还得带着一个控制舱段，里边带着发动机和燃料。还得带太阳能电池板。最后打包算在一起，总重量达到了1吨出头。

勇士号火星车（想象图）

这两个火星车外形有点像个蚂蚱，下边装了6个轮子，一边3个轮子。每一侧的后两个轮子是装在悬挂装置上的，这样可以应对高低起伏的复杂地形。两片太阳能电池板展开以后，就像是蚂蚱的两片翅膀。正前方上边装了个桅杆，杆子顶端有各种照相机和传感器。后背上装着通信天线，前边装着一个机械臂，顶端装着采样用的各种工具和传感器。

从勇气号与机遇号开始，基本奠定了日后所有火星车的基本外观。其他的各种探测器也是大同小异。

桅杆上装了两个全景多波段相机，两台相机配合起来，一次可以拍摄360度的全景图片。每个CCD传感器前面都带了一个滤镜轮，可以拍摄多波段照片。可以用来发现各种矿物发出的不同波长的光，也可以用来进行视觉导航。因为火星距离地球太远，信号延迟很大。因此必须由火星车自己决定到底往哪里走。这两台相机可以形成3D立体视觉，对火星表面的形状进行绘图，而且还可以判断粗糙度，获取了这些信息以后，火星车就可以自己决定如何夸过障碍，哪条路线最优化。

火星车上还携带了红外光谱仪，这是用来确定矿物成分的。还携带了穆斯堡尔谱仪。这东西用来研究各种含铁的矿物。所以呢，火星车需要用磁铁从土壤里面把含铁的颗粒给吸出来，然后再交给穆斯堡尔谱仪去分析。

接下来嘛，就是alpha粒子X射线光谱仪。利用alpha射线轰击岩石样本，根据迸发出的X光来分析矿物成分。

电动砂轮研磨机

对了，火星车还带了显微镜，带了电动砂轮。可以用来研磨石头，然后进行精细观测。这对确定这个地方是不是从曾经有水很重要。

这两颗探测器是用两枚德尔塔2型运载火箭发射的，就是前后脚的事儿。勇气号是2003年的7月7号发射的，机遇号是7月8号。2004年的1月25号，机遇号在火星上的美利达妮平原着陆成功。因为火星车+着陆器的重量不算大，因此还是采用了气囊着陆的办法。探测器冲进火星大气层，防热大底朝前，抵御摩擦产生的高温，在充分减速以后，着陆器释放出降落伞，继续减速，最后在落地之前，吹起气球，整个着陆器变得鼓鼓囊囊的。最后在距离地面1米的地方砍断伞绳，充气球开始在火星表面到处乱蹦，最后停留在了一片平原上，着陆器戳破气球放气，最后张开外壳，火星车就显露出来了。

气球弹跳想象图

在准备好了之后，机遇号慢慢的溜达下来，开始在火星表面进行巡游探查。当时预定的目标是能在火星上溜达90天，就算完成任务。但是当时谁都没想到，这个家伙在火星上足足溜达了16年。

勇气号比机遇号晚了几天到火星。着陆的过程大同小异，它着陆的地方靠近古谢夫环形山，选择这个地方是有深刻用意的，因为这座环形山本质上是个大湖，明显有一条河流注入这个坑，虽然如今这里已经没有水了，但是当年大河冲刷的痕迹依然非常清晰，火星车的主要目标不就是找水嘛，来这里刚合适。

勇气号落地以后，就传回了第一张全景图。地面上的科学家们，就是利用这张全景图来选定下一个探测目标的。这张全景图上展示了周围的环境，到处都是零散的小石头。最近的山头距离火星车大概是27公里远。这个着陆地点被命名为“哥伦比亚纪念山”，就是用来纪念当年哥伦比亚号航天飞机爆炸而牺牲的7名宇航员。

勇气号拍摄的环境全景图

科学家们选来选去，选了附近的一个浅坑，距离火星车大概只有12米，这个坑有9米深。火星车在这个坑里执行了校准任务，利用相机测量了太阳高度角，调整了天线的指向。如果火星车当时和地球没有办法直接通信，地球降到了地平线以下，那么火星车就会依靠奥德赛轨道器来完成中继通信。如果这个时候地球处于地平线之上，那么火星车就可以直接和地球进行通信，你不要看天线面积小，发射功率还是蛮强的。

到了勇气号着陆以后的第18个火星日勇气号突然和地面停止了联系。第二天他和地球可以用非常低的速度进行通信，这说明他还是接收到了地球的指令信号，但是显然运行在了错误模式上。不过看样子不是硬件错误，是个软件错误。

后来大家分析了半天，发现程序出问题了。火星车的程序太过敏感，发现执行错误立刻就会重启，但是重启以后原来的那个bug依然存在，所以它又不得不再次重启，因此这个家伙就一天到晚处于不断重启状态。后来好不容易通过地面注入指令，让它重启的时候不要去读闪存，这才绕过了那个bug。这才成功地让勇气号的状态稳定下来开始正常工作了，后来大家去查log日志。发现这是一个小问题，是因为闪存里面的文件实在太多了，新数据写不下而导致的。

电动研磨机在石头上磨出来的一个凹坑

在第36个火星日，勇气号完成了第一次岩石打磨操作。他在一块石头上磨出了一个直径45.5毫米深2.65毫米的圆形凹坑。机械臂上的各种相机都在监视着这个凹坑。科学家们第一次见到了火星上的岩石在磨掉了表面的老化层，以后露出的内部新鲜结构的样子。大家发现勇气号带的这个电动砂轮还是挺厉害的，打洞又快又标准。

到了第40个火星日，勇气号对着附近的一块石头进行了详细研究，因为它长得实在是有点与众不同，旁边的石头都是一块一块的，唯独这块石头是一片一片的，长得有点像地上的页岩。大家给这块石头起了个名字叫“咪咪石”。如果它是常年累月沉积形成的，那么就一定跟水有关系了。勇气号对凡是跟水沾边的地形地貌都是非常感兴趣的。

咪咪石（伪彩色）

到了2004年的3月5号NASA宣布他们在火星上的一块名字叫做汉弗莱的石头里面发现了结晶的盐分。汉弗莱这块石头本身是块玄武岩来自于火山岩浆。但是在石头缝隙里面发现了亮晶晶的结晶盐颗粒。这种晶体是浓盐水浸泡过这块岩石以后，后来水干了，蒸发了，后来在这些石头的缝里面留下来一颗颗的结晶颗粒，这种现象也是离不开水的，这又一次证明了火星上曾经有一个湿润的环境。

到了2004年的3月11号，勇气号已经慢慢悠悠爬行了370多米了。这家伙爬到了一个陨石坑的跟前儿。这个坑深度大概是10m，直径200m。勇气号对这个大坑拍了无数照片儿传回地面以后，科学家分析来分析去，觉得这个坑底没啥东西，不值得去看。爬下去再爬上来，还要费半天劲，万一爬不出来呢？干脆不要下去了。于是勇气号一扭头，又奔着哥伦比亚山方向继续溜达。

后来勇气号又路过了两个陨石坑。大家分析来分析去，觉得这两个坑还是不值得去看。算了，就别下去了。后来勇气号慢慢溜达到了哥伦比亚山的山脚下，发现这里需要探查的东西比较多。它就在这个区域足足溜达了一个月。

就这样勇气号慢慢的在火星上溜达了足有340多个火星日。火星运转到了太阳的另一边儿。地球、太阳和火星差不多连成了一条线。这个时候地面上的大天线要对准火星的话，根本躲不开那个巨大的信号源，也就是太阳，所以这个时候地球和火星的通信就中断了。这时候的最佳策略就是让勇气号进入休眠状态。

等到火星逐渐从太阳后边儿转出来，地球和火星的通讯就可以恢复了。这个时候勇气号就继续进入了到处溜达的状态。它一路上探查了很多块岩石，有的岩石盐分出奇的高。有的岩石磷含量特别高。大家也不知道为什么会出现这种现象。

火星上的尘卷风

勇气号还碰上了一场小型的尘卷风。地面操控人员发现太阳能电池板的发电量突然变得很高。这有可能是因为这场小型的陈卷风恰好把太阳能电池板的表面给吹干净了，于是发电量就上升了。这也是火星车碰到的比较头疼的一个问题，那就是火星上各种尘埃会覆盖在太阳能电池板的表面，造成发电效率下降。

我就想不明白为什么就不能在火星车上装个雨刮器呢？尘土多了，你倒是扫一扫啊。可惜没有一辆火星车是装这玩意儿的，我就想不通为什么呀？

当然啦，不管是勇气号也好，机遇号也罢，他们的太阳能电池板都是水平安装在车身上的。说白了，他并不能保证阳光是垂直照射到太阳能电池板上。可是太阳能板的方向又不能动。所以火星车有时候不得不跑到一个斜坡上，这样的话就把整个车身给斜过来了，用这种方法让太阳能板对准太阳。火星车差不多要晒4个小时的太阳才能把电充足，所以每天也走不了多远。

麦库尔山是哥伦比亚山脉之中的一个小山包

到了2006年。勇气号预定前往一个叫做麦库尔山的地方。但是走到一半儿有一个轮子坏了。他有6个轮子坏掉一个呢还不是太碍事儿，但多多少少行动能力打了点折扣。后来它在去麦库尔山的路上碰到了比较松软的土壤，少了一个轮子的驱动力，实在是行动不便。所以地面控制人员就决定，勇气号不要再去爬山了，你就找个坡度比较小的地方先避难吧。

这个时候恰好是火星上的冬天，阳光本来就比较弱。充电变得更加漫长。勇气号就老老实实蹲在那个小山坡上，一动不动。这一待就是8个多月。一直到了2006年的11月份，勇气号才再次开始移动，但是移动的范围也很小，基本上就是机械臂能够得到的地方。

最前方的岩石明显和周围的岩石不同，因为高温气流的冲刷，这块石头明显更光滑

这一次勇气号发现有两块石头的颜色比较亮，和周围的石头不太一样。它们是从天上掉下来的陨石，它的外观和长相跟一般的岩石是完全不一样的，因为气流摩擦和冲击在陨石的表面留下了大量的气印。这种气印非常独特。很容易辨认。通过对这块石头成分的分析，勇气号确定，这块两块石头是从天上掉下来的陨石。当然在此之前机遇号已经发现了火星上的太空陨石，所以勇气号的发现不能算是第一个，但是也差不了多少。

到了2007年，地面人员给勇气号和机遇号完成了一次软件升级。让它们具有选择数据的能力，这样的话就不需要把大量的数据发回地球，然后由地面人员进行筛选检测。要查看那么多照片儿，把地面人员弄得眼睛都花了。这种事儿最好是让火星车自己干，这样的话发送的数据量也减少啦，地面人员也省事儿了。何乐而不为呢？