火星实验

8 月 5 日，NASA 的火星科学实验室将抵达火星大气层的外缘。这艘重达 8,500 磅的飞船将以最高 13,200 英里/小时的速度飞行 3.52 亿英里，但它真正的任务才刚刚开始。在接下来的七分钟内，它将坠入 80 英里深的大气层，承受高达 3,800°F 的温度，然后突然停在巨大的盖尔陨坑。

MSL 是迄今为止最雄心勃勃的火星项目。它的火星车名为“好奇号” ，比其前辈“勇气号”和“机遇号”长两倍，重五倍。其着陆区面积为 150 平方英里，仅为前几届火星车的三分之一，因此对着陆精度的要求前所未有。前几届火星车在为期三个月的主要任务中行驶不到一英里，而“好奇号”将在整个火星年（即 687 个地球日）内行驶 12 英里。

MSL 的目标是确定火星是否具备（或曾经具备）维持生命所必需的条件。它将使用地球外探险中最先进的科学工具来实现这一目标。不过，MSL 不仅仅是一次火星任务。它还是对几种新开发的设备和技术的测试，这些设备和技术将推动未来几十年 NASA 的项目，从对木星冰卫星木卫二的探险到载人火星任务。

七分钟的恐怖

在进入火星大气层的 11 个任务中，有 5 个在进入、下降和着陆 (EDL) 阶段失败，这就是为什么工程师们将这个过程戏称为“恐怖七分钟”。对于 MSL 任务，研究人员重新思考了航天器进行 EDL 的方式。他们用更精确的制导进入系统取代了弹道进入，并开发了一种新的着陆方法——空中起重机——这可能会成为大型火星车任务的标准。

入场0 分钟
在进入火星大气层之前，MSL 会从其后壳中抛出两个 165 磅重的钨重物。重量的转移将使飞船相对于其行进方向倾斜，产生升力并实现一定的导航控制。MSL 将使用其后壳上的八个推进器引导自己驶向着陆区。在将近四分钟的时间里，摩擦力将使 MSL 的速度减慢到 1,000 英里/小时，此时飞船将抛出另外六个重物，重新平衡其相对于运动的倾斜角度。

下降4 分钟
一旦 MSL 减速至 900 英里/小时，它将展开一个 51 英尺长的尼龙和聚酯降落伞。在一分半钟内，飞船将减速至每小时 180 英里。当 MSL 的雷达显示它距离火星表面五英里时，隔热罩将落下，火星下降成像仪（一种高清摄像机）将开始拍摄视频，科学家随后将利用这些视频研究着陆点和周边地区。隔热罩落下约 80 秒后，MSL 的后壳将脱落，降落伞也将脱落，只剩下下降舱和好奇号继续着陆。

着陆时间7 分钟
在距地面约一英里处，下降舱上的八个制动火箭将开始点火，在 40 秒内将 MSL 的速度减慢至 1.7 英里/小时。在距地面约 65 英尺处，下降舱仍以 1.7 英里/小时的速度行驶，下降舱将开始通过尼龙绳降低好奇号，这一动作称为空中起重机。火星车上的计算机将通过一根电线“脐带”向下降舱发送命令。一旦火星车到达地面，25 英尺高的下降舱将释放尼龙绳并飞离，坠落到北面 500 英尺处。然后，火星车将从 EDL 模式切换到地面模式，并开始其主要任务。

687 天的探索

在主要任务期间， “好奇号”将记录天气模式、分析空气成分，并测试岩石中的氨基酸、甲烷和其他有机化合物，这些物质可能表明火星上现在或过去存在生命的可能性。它还将面临极寒天气、强风和其他危险，包括沙坑和悬崖。为了应对这些需求，工程师们将“好奇号”打造成一种新型火星车——比之前的任何探测器都更坚固、更自主，装载的科学仪器也更多。

力量
为了运行像好奇号这样庞大且耗能巨大的火星车，工程师们安装了一台核发电机。这台重达 100 磅的装置每天将产生 2,700 瓦时的电力，相当于勇气号和机遇号太阳能电池输出的三倍，其发电量来自 10.6 磅钚-238 的衰变。散热器系统将把发电机的废热循环到好奇号的两台中央计算机，在零下 130 度的夜晚为它们供暖。

导航
尽管科学家将为好奇号指定具体的路线和任务，但该探测器必须自主完成大部分目标。为了发现危险，它将使用一对安装在桅杆上的立体导航摄像机和两对安装在其身上的立体鱼眼危险摄像机拍摄 3D 图像。探测器将使用照片识别软件分析图像。如果它识别出障碍物，它将确定一条绕过障碍物的安全路线。

目标定位
为了确定应该钻探哪些岩石，好奇号将首先使用其化学和相机 (ChemCam) 系统进行远程读数。ChemCam 由安装在桅杆上的激光器、望远镜和相机以及探测器主体中的光谱仪组成。激光器将向最远 23 英尺外的目标发射一系列红外脉冲。百万瓦的电击将蒸发岩石的小区域，产生闪光。望远镜将观察闪光并将其传输到光谱仪，光谱仪将分析光的波长以确定岩石类型。如果读数看起来很有希望，任务规划人员可能会指示好奇号在第二天进行钻探。

沟通
好奇号将每天两次通过超高频无线电向火星勘测轨道器 (MRO) 发送任务数据，后者自 2006 年以来一直在绕火星运行。MRO 将使用数据速率高于超高频的 X 波段无线电将好奇号的数据转发给任务专家。（传输需要 8 到 22 分钟才能到达地球。）科学家将使用好奇号的成像和传感数据来规划每日任务。然后，他们将在预先设定的时间（大约是火星时间上午 9:30）通过 X 波段将任务直接发送给火星车。（火星上的时间是怎么算的？）

钻孔
到目前为止，火星探测车只能从行星表面采集样本。但表面是最不可能找到有机化合物的地方，因为有机化合物在太阳辐射下会降解。工程师为好奇号配备了一个六英尺长、五关节的机械臂，机械臂末端是一个旋转冲击钻，其威力足以钻入岩石两英寸。钻头将岩石粉碎成粉末，然后通过螺纹输送到处理单元。在那里，粉末被筛分到 150 微米，并分布到火星探测车的科学仪器中进行分析。

分析
为了确定火星上是否曾经存在适宜生命生存的条件，好奇号将使用两种工具：化学和矿物学 (CheMin) 系统和火星样本分析 (SAM) 仪器。两者都位于火星车体内，并从机械臂接收样本。CheMin 将使用 X 射线衍射和荧光来搜索样本中在适宜居住条件下形成的矿物。SAM 将使用质谱和激光光谱法以及气相色谱法来扫描样本，寻找创造生命所必需的有机化合物。