“凤凰”号——圆梦之旅

王　文

于2007年8月4日发射升空的美国“凤凰”号火星探测器，历时9个多月在太空“奔走”7.11亿公里后，终于在北京时间２００８年5月26日7时53分"踏上"了火星北极地区，成为首个登陆火星北极地区的探测器。“凤凰”号着陆约2小时后，工作人员接收到它从火星传回地球的第一批40余幅黑白图像，开始了为期90天研究火星北极地区是否拥有生命的勘测重任。那么，它是如何“有惊无险”地成功登陆火星北极？它究竟拥有怎么样的先进探测设备和技术手段？它究竟能否找到表征所必需的原始成分而被永载史册？下面让我们一起把目光聚焦“凤凰”号的“台前幕后”。

几近完美的发射登陆

据悉，人类在这之前曾进行过多次登陆火星的尝试，但只有5次获得成功。人们也许还记得，1999年美国的一个“火星极地着陆者”探测器在登陆火星南极时，因提前关闭发动机而一头撞在火星表面坠毁；4年前，“机遇”号和“勇气”号火星探测器则是依靠降落伞和安全气囊弹跳着在火星表面作“硬着陆”。

这次“凤凰”号为了实现准确而又安全的“软着陆”，也就是说，既要避免重蹈“火星极地着陆者”的覆辙，而又要改变像“机遇”号和“勇气”号那样的“硬着陆”方式。采取了一系列技术措施，这其中包括火星探测卫星、德尔塔2型火箭、三角支脚和反推火箭，等等。

专家指出，“凤凰”号着陆区域内遍布着500万块大岩石和许多不规则裂缝，着陆时一不小心便会“出师未捷身先死”。首先，一颗“火星勘测轨道飞行器”先行对着落区域长时期拍照，为“凤凰”号着陆“踩点”，选取一块平安之地。其次，为“凤凰”号配备德尔塔2型运载火箭，这种三级火箭可根据任务需要捆绑多个固体火箭推进器和选择有效载荷整流罩的大小，以确保“凤凰”号在漫漫征程中“一路平安”。再次，“凤凰”号着陆采用“急刹车”的软着陆技术，在它进入火星大气层时，先通过大气摩擦力和释放降落伞将其时速从1.9万公里骤降至200公里，快接近地面时连续12次点火启动反推火箭进行制动，将其减速到每小时8.8公里，最终，再靠3条支脚稳稳落地。这也是32年以来人类又一次在火星实现航天器“软着陆”，难怪乎“凤凰”号项目主管说：“即使在梦里，它也不可能如此不偏不倚地着陆，它太完美了。”

掌控太空联络的无线通信

大家都知道，“凤凰”号探测器一旦升空着陆火星后它与地面保持联络的唯一手段只能是无线电通信，而这种被人们称之为宇宙通信的无线通信与我们平时使用的诸如手机等无线通信有所不同。这是因为无线电信号从地球发射到火星探测器，其能够接收到的功率仅仅为发射功率的二千万分之一，它微弱到只相当于一片雪花落到地面上的能量，甚至连一个耗电极小的发光指示灯也点不亮。为此，美国宇航局不仅设置了由3处分布于世界偏远地区通信站构成的深空通信网，而且在火星轨道上布置了“火星勘测轨道飞行器”和“火星奥德赛”两颗通信卫星，作为“凤凰”号与地球控制中心保持通信联络的“摆渡船”。

据介绍，深空通信网一处设在莫哈韦沙漠中的戈尔德斯通(Goldstone)，另一处在西班牙马德里附近，第三处在澳大利亚堪培拉附近。每一处设施距离人口稠密地区都很远，以避免当地无线电信号干扰来自遥远航天器发回的微弱信号。深空网收到信号并增强后，会将它们转发到控制中心，经处理获得的照片也会通过互联网和电视台，供世界各地人们欣赏。

专家指出，地面控制中心与“凤凰”号之间的信号接收和发送是一个极其复杂的过程，它涉及地面站的巨型天线、传输网络、信号处理中心以及火星通信卫星等一系列高新技术装备。例如，在戈尔德斯通，挨着火星信号接收天线的设施是信号处理中心，诸如微波发射器、波导管、电脑等成排设备将其塞得满满当当，所有来自接收天线的数据都在这里进行校准、维护和操作，对“凤凰”号的各种控制指令也从这里发送出去。又如，在信号处理中心控制室内，桌上醒目位置上放有为重要人员准备的无线耳机，届时，他们可一边在控制室内来回走动，一边用无线耳机下达各种任务指令。

本领高超的探测装备

据美国宇航局披露，长5.5米、宽1.5米的“凤凰”号从头到脚全身“披挂”着各式各样的先进装备，仅用于专门作业和科研分析的工具中光仪器就重达55公斤，犹如一个万能的“百宝箱”。“如果将探测器看作是身体，将各种科学试验装备看作是感官，那么运行VxWorks的Rad 6000舱载计算机将是它的大脑。”一位宇航局项目主管如是说。舱载计算机不仅用来指挥诸如自动机械臂、土壤采样装置、立体摄影机等各类仪表器件有条不紊地工作，而且还能对探测器的导航轨道修正以及进入、下降和着陆系统进行计算控制，确保探测器在地面人员掌控之中。

“凤凰”号上的各种探测工具更是令人刮目相看：一条长达2.35米的机械挖掘臂，其由铝、钛合金制成的臂膀不仅可以弯曲，其末端的反铲能垂直向下深挖61厘米处的土壤，另一个马力强劲的电锤即使是遇到犹如人行道般坚硬的冰层也无妨，而安装在机械臂末端反铲上的照相机，则可连续拍摄土壤及其冰层的特写图像；一种被专家称之为“迷你烤箱”的热量和释出气体分析仪，更能实施就地分析火星冰样的功能，它通过对土壤样本加热，可测得样本中水蒸汽、二氧化碳及挥发性有机物变化的数据；分析细度可达到一根头发千分之一的显微镜以及电化学和传导性分析仪器，可对矿物颗粒样本进行诸如是否有溶解的盐分存在、土壤酸碱度等化学特性分析，而位于机械臂上的传导探测器则可以检查土壤的热量及电传导特性；一个捆绑在“凤凰”号桅杆上的立体照相机，可用来拍摄着陆点地形的高清晰度、彩色、立体图像，加上一个搭载火星降落成像仪所拍摄的着陆区域的地质情况，可为人们提供翔实、准确和全方位的地貌资料。更令人称奇的是，在“凤凰”号上居然还装备有一个由加拿大宇航局提供的微型气象站，它可以用来监测火星大气层的尘埃、温度、湿度、风速等变化。

美国宇航局专家说，“凤凰”号表现非常好，超乎我们的预期，正如它的名字“凤凰”一样，寓意“浴火重生”。从最新发回照片中显示“凤凰”号已找到冰层，我们期待，90天后它将揭开人类探索火星的新篇章。