深邃空間
作者：龐征
2011年11月26日，耗資25億美元的美國“火星科學實驗室”（MSL）由“宇宙神”一5運載火箭發射升空。這次發射的最大亮點是，它所攜帶的有效載荷是美國第三代火星車“好奇”號（curiosity），其長度是第二代火星車“勇氣”號和“機遇”號的兩倍，質量是它們的5倍，裝有更多、更先進的探測設備。“好奇”號將於2012年8月在火星蓋爾隕坑（Gale Crater）中心山丘的山腳下著陸，展開為期一個火星年（約687個地球日）的探測。
“好奇”號火星車能完成挖掘、鑽孔火星岩石、用激光束照射岩石來分析火星土壤與塵埃的化學成分等任務，甚至無需加熱含有高氯酸鹽的土壤樣本，就可檢測出其中的有機物質。另外，“好奇”號擁有一個多用途機械臂，上麵裝的兩種設備可以進行掘土、采樣和收集等工作，還能通過機載分析設備中的測試箱將所采集樣本進行表麵清理並進行分類。
繼續尋找火星生命跡象
“火星科學實驗室”是美國火星生命計劃的一部分，將挖掘火星土壤、鑽取火星岩石粉末，對岩石樣本進行分析，探測火星過去或現在是否具有支持微生物生存的環境，從而確定火星是否具有可居住性。其主要用於研究火星上生物化學的循環，評估火星上目標區域的生物學可能性，了解著陸區域的地質特性和化學特性，研究與可居住性有關的行星過程，包括水的作用以及表麵輻射的光譜特性。所以，“好奇”號將進一步推進美國“跟著水走”的戰略。
為了描述火星的氣候特征和地形特征，確定火星上是否有過生命，為載人火星探測做準備，“火星科學實驗室”的具體科學探測目標是：了解生物學效應的特點；研究火星岩石和土壤形成和變化的過程；探索火星大氣長時間以來的演變過程；確定目前火星上水和二氧化碳的狀態、分布和循環情況，以及有機碳複合物的特性和儲量；勘測火星表麵的化學、同位素、礦物質複合物和火星近表麵的地質情況；分析火星表麵輻射的光譜特征，包括宇宙銀河射線、太陽質子效應和次級中子等；掌握構建生命的物質的含量，如碳、氫、氮、氧、磷和硫。
“火星科學實驗室”總經費比“勇氣”號和“機遇”號超出約3倍。其攜帶的火星車能對火星上一些“死角”進行考察，進一步探索火星上是否有生命存在。它將是地表探測技術的一項飛躍性的進步，同時也將為未來的火星采樣任務鋪平道路。
該工程麵臨最大的挑戰之一就是必須保護火星不受汙染，確保“火星科學實驗室”檢測出來的任何微生物不是來自地球。為“火星科學實驗室”選擇最有科學價值的著陸區域也極為重要，它是根據“火星勘測軌道器”（於2005年8月發射升空）傳回的數據挑選挑選出來的，希望該著陸區能有水冰。
“好奇”號火星車的名字，是通過互聯網和郵件從9000多個命名提議中選出來的。它由12歲的華裔女生馬天琪（Clara Ma）提出，因為她在美國航空航天局舉辦的為火星探測車命名作文比賽中獲得冠軍。馬天琪的父母均來自中國大陸，她把自己的中，英文簽名都書寫在“好奇”號火星車上。
新穎別致的著陸方式
“火星科學實驗室”攜帶了有史以來體積最大、性能最強的火星車“好奇”號，將首次以受控升力式的方式進入火星大氣；使用最大的盤縫帶超聲速降落傘進行減速；攜帶體積最大、重量最重的科學有效載荷。它將首次使用“空中起重機”新型著陸技術在火星上軟著陸，使用核能在火星表麵漫遊和工作。
“火星科學實驗室”發射質量約3400千克，抵達火星軌道時的質量為3257千克，在火星表麵著陸的“好奇”號火星車質量為900千克，在距火星表麵10千米時打開直徑19.7米的降落傘。
它由巡航級、進入、下降和著陸係統以及“好奇”號火星車組成。在飛往火星途中，“火星科學實驗室”的巡航級將進行5～6次軌道糾正，以調整探測器路線，精確飛往火星上的最終著陸點的上空。
其著陸方式很特別，主要分為降落傘著陸階段和火星著陸發動機著陸階段。具體過程如下：
降落傘著陸階段：探測器在125千米的高空以5.8千米／秒的速度進入火星大氣層，240秒後在距離火星表麵10千米時降落傘打開，此時速度為470米／秒，經過28秒後分離隔熱罩，此時高度約7千米，速度為160米／秒，探測器雷達開始收集速度、高度、地形等數據並傳回地球，一方麵供互聯網上的“粉絲”們觀看，另一方麵，也以更高的分辨率拍攝了著陸點的環境，讓科學家能夠依據它來製定“好奇”號最初的活動路線。
火星著陸發動機著陸階段：探測器分離降落傘和後殼後，隻剩下降級和“好奇”號，此時距離地麵1.8千米，速度為100米／秒。當到達離地麵20米時，探測器上的8個發動機中的4個點火，火星著陸發動機通過繩索將“好奇”號放下，12秒後探測器著陸，著陸速度控製在0.75米／秒。當接觸傳感器探明“好奇”號已在火星表麵著陸時，下降級及繩索與“好奇”號分離，然後飛走。
實際上，“好奇”號火星車在火星表麵著陸分受控進入火星大氣、超聲速降落傘展開、製動下降、“空中起重機”（skycvane）最終下降4步。其中“空中起重機”是一種全新的精確著陸技術，它可像航天飛機控製其自身進入地球大氣的方式那樣飛行到火星表麵上空所需要的位置上，然後通過類似直升機的“空中起重機”登陸係統，用係繩係統把火星車降放到火星表麵。該係統可以確保火星車一著地就能行走。
“空中起重機”是裝備有火箭發動機的下降級，“好奇”號被固定在下降級的下麵。在降落傘減速後借助4個可控火箭發動機使下降級在距火星表麵5米的空中懸停時，“好奇”號通過3根滑動繩索和1根在下降級和“好奇”號之間傳輸電信號的臍狀電纜輕輕下放到火星表麵。繩索的垂直下降速度保持為0.75米／秒，完全伸長到7.5米且探測到“好奇”號接觸地麵時被切斷，此後下降級執行飛離機動，飛到150米乃至300米開外，目的是保障已著陸的“好奇”號的安全，並最終停留在遠離漫遊車的安全距離範圍內。然後，“好奇”號的電腦程序從“進入、下降和著陸狀態”轉換為“地表狀態”，開始它在火星表麵的探索工作。
在整個進入、下降、著陸過程中，“好奇”號具有接收信息的能力，著陸精度範圍直徑僅為20千米，這使“好奇”號在火星岩石等陡峭表麵上著陸的概率大大降低，因此大幅度提高了著陸的安全性，而著陸範圍也比以前著陸器的著陸範圍縮小了3～5倍。
全能夢幻探測器
與“勇氣”號和“機遇”號相比，“好奇”號是一個名副其實的龐然大物。它長約3.0米（不包括手臂），寬約2.7米，高約2.1米，采用的6個輪子分別具有獨立的驅動馬達，大小相當於一輛小型SUV汽車，載有80千克的科學儀器。它還具備自動駕駛的功能，不需要依賴地麵站的科學家就能到事先規劃好的區域進行探測。“好奇”號沿用了以往的火星車的搖杆式轉向懸掛係統，主要是防止由於地形急劇變化對火星車本體姿態產生不利影響，可使探測器的越障高度提高一倍，並保證探測器在任何方向傾斜45度而不發生翻車。