2020年再游火星

□ 棚梓

美国航宇局（NASA）研制的三辆火星漫游车已经在火星上各自跑了不少路，于2012年登陆火星的“好奇”号至今仍在运行。虽然载人登火星依然遥遥无期，但NASA决心不断发射探测器到火星上，以延续技术发展，为载人登火星积累经验和知识。根据计划，NASA的下一代火星漫游车将在2020年发射，称为“火星2020”，它将携带“一组精心选择的设备”前往火星。

按照惯例，NASA要向全世界的科学界征集火星探测器所携带的仪器设备。截止到2014年1月，NASA宣布，从来自世界各地的提议已经达到了58个，比“好奇”号收到的提议多了一倍。这显示出国际科学界对火星探索的兴趣越来越高。不过“火星2020”的承载能力有限，NASA从中选择了7个，打算总共投入1.3亿美元来开发。

在火星表面工作的“好奇”号火星车

七大设备

“火星2020”的主要任务是对着陆地点进行地理学评估，判断当地环境是否有可能适合人类生存，并寻找古代火星上是否真的诞生过生命。具体来说，科学家们将操纵“火星2020”上的设备来识别、选择火星岩石和土壤，并采集起来。然后把这些样品存放在一个容器里，待后续任务把它们带回地球。所入选的设备都有着拗口的名字，不过细细分析它们的功能，都与“寻找生命”有关。

“主相机 -Z”（Mastcam-Z），这是一种全景式、立体成像能力的变焦相机。可以对火星表面进行矿物学研究。主要研究者是美国亚利桑那州立大学的詹姆斯·贝尔。

“超级相机”（SuperCam），可以进行化学成分和矿物学分析，可以从岩石、风化层中找出有机化合物。主要研究者是洛斯阿拉莫斯国家实验室的罗格·韦恩斯等人。法国航天局天体和行星物理研究所也参与其中。

X射线岩石化学行星设备（PIXL），这是一种X射线荧光光谱仪，辅之以一部高分辨率成像仪，用来对火星表面物质的成分进行详细分析。PIXL可以对火星物质进行高精度判别和化学成分分析，远超过以往的火星探测器。主要研究者是NASA喷气推进实验室（JPL）的阿比盖尔·阿尔伍德。

这可能是7种设备中名字最长、最拗口的一个——“对有机物和化学成分进行拉曼光谱和冷光扫描以实施可居住性环境分析”设备（SHERLOC）。这是一种光谱仪，可以对火星物质进行高精度成像，并使用紫外激光来进行精密矿物学判断和有机物检测。SHERLOC将是人类送到火星表面的第一个紫外线拉曼光谱频谱仪。主要研究者是JPL的路泽·比格尔。

火星氧气当地资源利用试验（MOXIE），这应该是最好理解的一种设备。火星大气中虽然几乎没有氧气，但是有一定含量的二氧化碳。能否用这些二氧化碳制备氧气，是能不能实现长期火星生存的关键。主要研究者是麻省理工学院的米切尔·赫彻特。

火星环境动态分析仪（MEDA）。这不是一个设备，而是一组传感器，用来测量温度、风速、风向、气压、相对湿度、灰尘尺寸和形状，听起来像不像气象站？主要研究者是西班牙国家航空航天技术研究所天体生物学中心的罗斯·安东尼奥·罗德里格斯-曼弗雷德。

除了表面，火星地下有些什么？火星浅表层实验雷达成像仪（RIMFAX）就是用来解答这问题的。不过它不是钻探设备，而是一种穿地雷达，可以提供厘米级分辨率的浅表层地质构造影像图。主要研究者是挪威国防研究机构（FFI）的斯文-埃里克·哈姆兰。

“火星2020”漫游车

未来的火星基地

InSight 着陆钻探器在火星上工作想像图

为火星载人任务服务

可以发现，“火星2020”的主要任务探索方向都是为了解决“人能不能在火星上生存”这个问题。在“火星上有没有水”这个问题已经得到肯定答案以后，“火星2020”的探索重点是火星上的自然资源能不能制造出有机物？能不能制造出氧气？火星上的风暴会不会对人造成致命伤害？这当中，氧气的制备可能是最重要的内容之一，不但航天员的呼吸需要氧气，供航天员返回地球的火箭燃料也需要氧气。后者的需求量远比前者要大。

负责载人探索与运行任务的NASA副局长威廉姆·格斯特梅恩表示：“火星2020漫游车将回答一些航天员将要面对的火星环境问题，并在航天员降落火星、实施探索并返回之前测试一些技术。火星如果拥有可以支持生命的资源，就可以减少载人任务所需要携带的给养。更好地了解火星灰尘和气候，可以为规划载人火星任务提供有价值的数据。”

“好奇”号已经在火星表面工作了一个火星年——大约687个地球日——完成了其主要任务，也就是判定火星上是否曾经存在过适合微生物生存的环境。考虑到“好奇”号取得了很大成功，“火星2020”的基本设计也将所选中的设备将装载一辆类似于“好奇”号的漫游车底盘上。这不但能减少设计和试验的工作量，也能沿用成熟可靠的设计和期间，降低风险。

无论“勇气”、“机遇”还是“好奇”，乃至“火星2020”，都是NASA“火星探索计划”的一部分。此外，“火星奥德赛”和“火星勘测轨道器”、“火星大气与挥发物演化任务探测器”等绕火星飞行的轨道器，已经着陆的“凤凰”和将于2016年发射的“洞察”（InSight）着陆钻探器，也属于这个“火星探索计划”。不但如此，NASA还积极参与欧空局的火星任务，为2016年发射的轨道器提供无线电通信设备，为2018年发射的“火星生命” 漫游车提供天体生物学相关设备。

NASA如此积极地探索火星，最终目的就是把人送上去。人的肉体在宇宙中是很脆弱的，因此要对火星有充分的了解，才敢发射载人探测器。因此“火星探索计划”要充分研究火星的环境、气候循环、地理和可能的生物学，开发未来载人探索火星并返回的能力。也许只有等到那时候，人类才会真正开启火星之旅。