美国的火星专题计划.docx
- 文档编号:16991174
- 上传时间:2023-07-21
- 格式:DOCX
- 页数:12
- 大小:1.06MB
美国的火星专题计划.docx
《美国的火星专题计划.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《美国的火星专题计划.docx(12页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
美国的火星专题计划
美国火星筹划
作为人类最先进火星探测科学研究筹划,NASA“火星”任务将启动一种全新时代,新火星车将携带地球上全新、最尖端7种武器探测火星环境、气候、地质以及生物学潜在价值,为2030年前将人类送上火星铺平道路。
在浩瀚宇宙中,人类最后会拥有地外第二生存空间吗?
今年12月8日,美国航空航天局(NASA)表达,“好奇”号火星车已成功破解火星夏普山形成之谜。
这是继“好奇号”获得发现火星湖泊遗迹、显示火星大气以二氧化碳为主等科学探测成果之后又一重要成果。
8月,“好奇号”成功降落在火星表面,启动其火星探测之旅。
两年多时间里,“好奇号”不断传来科学探测“捷报”,人类在火星知识得以不断丰富同步,也在密切关注美国进一步火星探测筹划。
其实,早在NASA发布《美国~行星探测十年规划》中,就提出了将来十年火星探测“新任务”——火星采样返回。
今年7月31日,NASA在“好奇号”火星探测器成功着陆以及科学探测上不断获得新进展基本上,又根据该规划,发布了新一代火星探测器——“火星”搭载科学有效载荷。
“火星”正是火星采样返回任务开路先锋,它与否将启动人类火星探测新模式,人类将来载人登陆火星与否因而初现曙光,人们无不期待谜底揭晓。
将来锁定采样返回
“火星”是NASA火星摸索筹划一某些,这一筹划也涉及了正在火星表面工作“机遇号”和“好奇号”火星车,火星轨道上运营“奥德赛号”、“火星勘测轨道器”,以及今年9月下旬刚刚到达火星“火星大气及挥发物演化探测器”。
NASA表达,与以往火星探测任务不同,“火星”任务中新一代火星车将搭载7台科学载荷,对火星进行原位探测,开展地质评估、分析火星远古生命迹象及其环境潜在宜居性。
与此同步,它还将收集岩石样品,并将样品用密封罐储存起来,放置于火星表面,以便被将来任务航天器带回地球。
《美国~行星探测十年规划》指出,将来重点将是火星采样返回任务,一方面是巡视任务并收集和储存样品,然后提取样品并返回地球。
火星科学界普遍接受观点是,使用先进分析技术来进一步分析返回火星样品,以高回报率获得关于火星系统科学成果。
图1美国火星采样返回三步走示意图
任务大体分3步来完毕(图1)。
第一步由“火星”来完毕,将发射一种火星车来收集和储藏样品,并放置于火星表面;第二步由将来发射第二个火星探测器来完毕,重要是提取第一种火星车放置于火星表面样品,并将样品送入火星轨道;第三步将发射一种火星探测器用来“抓取”位于火星轨道上样品,并将样品带回地球。
预测每次任务间隔时间为4年。
“火星”将运用既有“好奇号”平台进行升级改进,打造全新火星车(图2)。
采用“火星科学实验室(MarsScienceLaboratory)”中“好奇号”火星车已获得实践检查着陆系统和火星车典型架构,以保证将任务成本和风险降到最低;在着陆前最后几秒钟,将使用“太空起重机”实现成功着陆。
“火星”探测任务将耗资19亿美元,预测7~9月择机发射,工作寿命约为一种火星年(687个地球日),7台更加轻量化科学载荷研发成本约为1.3亿美元,总重量为40公斤。
图2“火星”火星车构造示意图
寻找生命、采集样本
“火星”将继续以探寻火星表面过去乃至当前也许存在生命信息,获取风化层、土壤、岩石、浅层构造等综合性火星地质特性信息,并开展原位探测和岩石/土壤样本采集返回。
据此,“火星”筹划拟定了两大主任务:
一是探测火星表面环境中潜在宜居性和曾经也许存在生命痕迹;二是收集和存储火星岩石和土壤样本,并对其物理与化学等背景信息进行原位探测。
“火星”筹划提供了一种独特视角,可以“窥探”太阳系中也许宜居性。
科学家也试图在火星上进行一系列技术验证,更加进一步地理解火星尘埃和天气对人类将来登陆火星也许导致影响,以寻找可以避免火星有害尘埃办法;同步,也将研究能否运用火星上资源制造出氧气和火箭燃料,为将来人类登陆火星创造条件。
如果真可以实当前火星上实时制造氧气,这将加快人类登陆火星步伐。
“火星”任务规划是建立在其他火星任务获得成就基本上而设计一次任务。
“机遇号”和“勇气号”以及其他火星探测器已经发现证据显示,火星曾经存在水,而“好奇号”进一步探测又获取了火星过去环境可以支持微生物存在某些证据。
“火星”将在“好奇号”最新成果基本上,开展难度更大、新摸索任务,进一步摸索其宜居环境以及寻找过去生命存在信息。
按照筹划,“火星”后续任务将把岩心和土壤样品带回地球,继而展开实验室工作。
通过样品分析,才可以获取火星与否曾在过生命等重大科学问题更加精准而明确答案。
火星“实验室”7种武器
“火星”将搭载当前世界上最为先进从58份载荷方案中遴选出来7台(套)探测仪器,犹如组建了一种全新火星“实验室”,以获取火星地质、大气、环境和潜在生命等信息。
图3“火星”火星车上搭载有效载荷
第一台探测仪器是桅杆相机-Z(MastCam-Z)。
它是“火星”火星车上重要成像工具(图4、图5),安装在火星车上方桅杆上,拥有全景和立体成像功能,这是初次在火星车上使用品有变焦缩放功能彩色立体相机,其重要科学探测任务涉及:
研究火星表面地貌、岩石和土壤;观测火星表面上发生天气现象;为巡视器导航和采样提供支持。
相比之前“好奇号”桅杆相机,桅杆相机-Z具备新功能特性——携带变焦镜头(图6),可以摄制三维影片。
更重要是,可变焦相机能使火星车看得更远并且可提前发现也许存在危险状况,从而协助分析火星表面物质和规划火星车行驶路线。
图4“火星”搭载桅杆相机-ZCAD设计图
图5桅杆相机-Z横截面
图6桅杆相机-Z变焦设计
第二台探测仪器是超级相机(SuperCam)。
它具备成像、化学构成分析和矿物学分析等功能,特别是还能远距离(20多英尺外)检测岩石和风化层与否存在有机物,以及运用激光冲击波清除岩石表面灰尘(图7)。
其新增激光拉曼和时间辨别荧光光谱,具备彩色高辨别率可见光成像能力,光谱范畴覆盖了可见光和红外光。
图7“火星”搭载超级相机工作示意图
第三台探测仪器是X射线岩石化学行星仪(PIXL,PlanetaryInstrumentforX-rayLithochemistry)。
它安装在火星车机械臂末端,以便探测周边岩石或土壤。
PIXL由X射线荧光光谱仪和高辨别率成像仪构成,用于精细测定火星表面物质元素构成(图8、图9),这将为寻找和获取火星曾经也许存在生命证据提供坚强技术支撑。
图8“火星”搭载X射线岩石化学行星仪
图9PIXL为岩石绘制出每个元素X射线荧光光谱,地质学家能清晰懂得岩石样本中矿物成分。
微生物生存需要一定环境,这些矿物成分会让咱们更容易找到过去生命迹象。
第四台仪器是拉曼和荧光光谱仪(SHERLOC,ScanningHabitableEnvironmentswithRaman&LuminescenceforOrganicsandChemicals)。
扫描宜居环境中有机化合物SHERLOC安装在机械臂上,由两台不同类型紫外光谱仪和一台多功能相机构成,具备两种功能:
一是高敏捷度探测碳分子,二是精细测定矿物颗粒大小,用于寻找火星存在生命迹象和选取采用将来返回地球火星岩石/土壤样本。
SHERLOC将是第一台火星表面紫外拉曼光谱仪,将为火星车上携带其她设备提供互补测量(图10)。
图10“火星”搭载扫描宜居环境中有机化合物拉曼和荧光光谱仪
第五台探测仪器是火星氧气就地资源运用实验室(MOXIE:
theMarsOxygenISRUExperiment)。
MOXIE将初次尝试型地运用火星上天然资源制取氧气(图11)。
该技术一旦实验成功,将有也许实现运用火星大气生产火箭燃料、空气、水等其她资源,为此后载人火星任务提供强有力技术支撑和铺平道路,并也许彻底变化将来人类探测火星模式。
正如该团队所说,当咱们将人类送上火星,固然但愿她们可以安全返回,因而,需要一种可以离开火星火箭,这将是将宇航员送到火星并返回最大一笔预算。
如果可以在火星上制取氧气,就可以削减这某些开支,从而在竞争中领先。
可以设想是,人类登陆火星并返回长期筹划是:
一方面发射一种小型核反映堆和放大版MOXIE设备到红色星球上。
在运营数年后,其氧气罐中将准备好宇航员所需氧气;一旦人类到达火星,就可以获得这些现成电能、燃料和任务所需基本设施。
在火星表面制取氧气将为许多问题提供最简洁解决方案,减少了发送液氧到火星难度,并削减了经费;人类还从未在火星上建造并运营过一种工厂,而实现这一目的,一方面需要先研发一种简朴原型机并运营,以解决也许会晤对问题。
图11“火星”任务搭载火星氧气原地资源运用实验室
第六种探测仪器是火星环境动力学分析仪(MEDA:
MarsEnvironmentalDynamicsAnalyzer)。
由西班牙负责研制MEDA重要任务是昼夜测量火星表面尘埃季节性周期变化(大小、形状、分布、相位等,图12)。
MEDA事实上也是一种火星气象站,由不同传感器构成,将分别测量和记录火星表面气压、大气和土壤温度、相湿度、风速及风向、紫外线、可见光和红外辐射等。
将来将可以把这些信息及时发送至个人,能避免自己装备沾染上某些潜在致命尘埃。
图12“火星”搭载火星环境动力学分析仪,圆圈处是安装传感器位置。
最后一种探测仪器是火星次表层实验雷达到像仪(RIMFAX:
TheRadarImagerforMars’SubsurfaceExperiment)。
由挪威负责研制RIMFAX是一台穿地雷达,随着火星车迈进,可以扫描到地表下530米深度构造特性(图13),辨别率达到厘米级。
结合火星快车搭载次表层探测雷达/高度仪(Sub-SurfaceSoundingRadarAltimeter,MARSIS)和火星勘测轨道器搭载浅层雷达(ShallowSubsurfaceRadar,SHARAD),不但可获得区域性火星浅层地质构造特性,并且可获得全球性火星浅层地质构造,这为火星土壤、壳形成与演化等研究提供了难得机会。
RIMFAX将有助于“火星”任务探测环境潜在宜居性,并选取一组最有价值岩石(或土壤)作为将来返回地球样品。
图13“火星”任务搭载火星次表层实验雷达到像仪,能穿透地面,探测到地下厘米级地质构造。
除科学载荷外,采样及样品存储也是火星采样返回任务需要解决重要问题。
“火星”任务探测器采样及样品存储设备(图14),由旋转撞击式岩心钻机、旋转钻头、存储装置、机械臂、岩石研磨和擦拭钻头构成,这一系统还涉及筛选分析钻头(先对岩心进行预分析,然后再存储)、获取粉末和土壤钻头。
该设备针对每个岩心取样都配有专用钻头,总质量为32公斤。
据悉,样品存储设备可密封保存31份样品,保存时间至少。
图14“火星”任务中用于储存火星岩石和土壤样本设备。
岩心样品被采集后,会被封装于样品管中,然后再将样品管放入储存器中。
储存器中每一种蜂窝状储存空间直径约1cm,深度约6cm,总共可以存储31个样品管。
“火星”任务漫游车将有助于解答宇航员将会晤临关于火星环境问题,在人类着陆、摸索和离开这颗红色星球返航地球之前,率先验证她们所需技术,为2030年载人登陆火星铺平道路。
NASA总部载人摸索及任务运营部副主管威廉·格斯登迈尔(WilliamGerstenmaier)表达,“火星拥有维系生命所需资源,这将减少载人火星任务必要携带补给物资数量。
更好地理解火星尘埃和气候,将为规划载人火星任务提供宝贵数据。
研制提取这些资源办法,理解火星上环境,也将协助火星上先驱者们更好地安定下来。
”
火星探测步入黄金期
“火星”筹划中火星车,拥有许多前沿科研成果,通过进一步摸索,将会进一步揭开火星神秘面纱,增进人类寻找宇宙中生命,并为探测技术带来更多发展机遇。
“咱们又迈开了人类火星之旅核心一步”,NASA官员CharlesBolden表达:
“‘好奇号’是一座里程碑,它标志着人类对摸索火星等地外行星不懈努力。
摸索火星将是这一代人宝贵财富,‘火星’筹划将为人类摸索火星迈出更为至关重要另一步”。
,NASA还将发射“洞悉号(InSight)”火星探测器。
该探测器将探寻火星内部构造特性,对火星地质活动、地震、摆动和内部温度等进行测量,收集关于火星演化数据,以便与地球地质演化历史进行对比。
NASA火星筹划旨在谋求以动力学办法更好地研究火星,固然也涉及过去和当前环境、气候、地质以及生物学潜在价值。
与此同步,NASA也正在开展人类登陆火星并重返地球有关领域研究。
美国但愿可以在本世纪30年代将人类送上火星,“火星”样本采集和来回任务便旨在为载人火星任务铺平道路。
除美国外,欧空局(ESA)“地外火星筹划(ExoMars)”也将于发射一种火星轨道探测器,该探测器由“微量气体轨道器”和“进入、降落和着陆演示模块(DescentandLandingDemonstratorModule,EDM)”构成,重要目是寻找甲烷和其她微量气体,以及为ESA后续火星探测验证核心技术。
此外,ESA将于再次发射一种火星探测器和火星车,拟对火星大气和表面进行勘测,寻找火星曾经存在生命痕迹。
相信在此后~,火星这颗红色星球,将会成为人类最炙手可热探测对象。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 美国 火星 专题 计划
![提示](https://static.bingdoc.com/images/bang_tan.gif)