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音頻科普：美國第一輛火星車旅居者是怎樣成功的？
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音頻科普：美國第一輛火星車旅居者是怎樣成功的？
1989年柏林墻被拆除，象征著蘇聯(lián)社會主義陣營開始解體，標(biāo)志著美蘇兩國冷戰(zhàn)結(jié)束。隨之而來的是美國政府在太空任務(wù)方面的投入縮減。新上任的美國宇航局局長（Dan Goldin）告訴大家，如果不改革，那么5年后，美國宇航局將不復(fù)存在。將來美國宇航局的任務(wù)都要完成得更快，更好，更便宜。必須激發(fā)出研究團(tuán)隊(duì)的技術(shù)創(chuàng)新力。
于是有了探路者計(jì)劃。使得火星在1997年7月4日迎來了第一輛能夠在火星上成功行駛的車，旅居者號（Sojourner），雖然大小只有微波爐那么大。它是隨探路者著陸器（Pathfinder）而來。只花費(fèi)了1.5億美元，是之前海盜任務(wù)的20%。雖然海盜號著陸器很成功，但那只是對火星的單向探測。而探路者為探測火星開啟了新方式，就是雙向的?；鹦擒囘呅凶撸厒骰匦畔?，而后等待地面科學(xué)家分析信息，接收指令，再前進(jìn)。旅居者號創(chuàng)造出用火星車探測火星的新技術(shù)和新方式，帶來了后續(xù)的勇氣號、機(jī)遇號和好奇號火星車陸續(xù)登陸火星，2020年還將發(fā)射的火星2020火星車。
要成功降落到火星上，最關(guān)鍵的階段就是進(jìn)入（Entry），下降（Decent）和著陸（Landing）。
團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了多種方案，不斷地建造，實(shí)驗(yàn)，損壞，修復(fù)。再重新開始。最大的創(chuàng)新就是使用了氣囊。
旅居者著陸開始，著陸器以每小時(shí)16000英里的速度進(jìn)入火星大氣層，著陸器外面有很好的隔熱保護(hù)罩，靠與大氣摩擦，減速到每小時(shí)900英里，然后，降落傘打開，接著保護(hù)罩下面打開，彈走，然后放下繩子，氣囊充氣，幾秒中后，著陸器以每小時(shí)50英里的速度落到火星表面，被彈起幾層樓高，再落回地面，再彈起，幾個(gè)回合后，著陸器停下來，氣囊放掉氣，打開，天線豎起，向地面?zhèn)骰匦盘枺褐懫饕琅f完好！?
但是，在降落到火星上之前，不是所有環(huán)節(jié)都能進(jìn)行真實(shí)模擬實(shí)驗(yàn)，其中就包括降落傘。在地球上無法模擬火星大氣，測試降落傘的減速情況。如果降落傘工作正常，那么，接下來的難點(diǎn)是知道在什么時(shí)候給氣囊充氣，在落地前幾秒鐘氣囊必須充好氣。開始的設(shè)計(jì)是繩子底部有傳感器，但不起作用，于是加上了雷達(dá)，但又出現(xiàn)了新問題，當(dāng)繩子放下來后，不停地?cái)[動，雷達(dá)測出的數(shù)據(jù)也是變化的。后來，又加上了反向火箭，使速度降得更低。就這樣，不斷改進(jìn)，不斷加進(jìn)新的減速手段。最后的難題是充氣氣囊本身。用當(dāng)時(shí)最強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，設(shè)計(jì)氣囊，模擬氣囊的受力和運(yùn)動，并模擬降落火星整個(gè)環(huán)節(jié)和過程，發(fā)現(xiàn)對有些部分考慮得不夠細(xì)致，其中就包括充氣氣囊。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，它們對氣囊涉及到的物理知識有90%不了解，對降落到火星的探路者有50%不了解。當(dāng)時(shí)技術(shù)方面臨的最大問題就是控制質(zhì)量。不是發(fā)送多少質(zhì)量到火星，而是能讓多少質(zhì)量安全降落到火星上。質(zhì)量越大，慣性越大，降落到火星時(shí)，減速就越難。所以，每增加1克，都要仔細(xì)斟酌。為了控制質(zhì)量，團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)威脅火星車設(shè)計(jì)人員，誰增加了質(zhì)量，誰就可能被開除。十分苛刻，十分有挑戰(zhàn)性，但是他們做到了。
落到火星上，氣囊停止彈跳、滾動后，氣囊中的氣就被放掉，而后，氣囊打開，露出里面的儀器設(shè)備。豎起的第一個(gè)設(shè)備是相機(jī)，找到太陽，根據(jù)太陽，確定地球的方向，然后將天線對準(zhǔn)地球，發(fā)回在火星上的拍攝的第一張照片。在地面測試時(shí)，除了要控制好火星車自己，還要不斷測試太陽、火星、地球的位置。
相機(jī)距離火星表面大約1米高。豎起的時(shí)間不到1秒鐘。相機(jī)為火星拍攝廣角照片，以火星探路者為中心，拍攝一周，帶有23種濾光片，用來分析火星地面物質(zhì)的組成成分，探測火星大氣的性質(zhì)。
氣囊放掉氣以后，收縮，著陸器三片像花瓣一樣的葉片打開，旅居者號位于一個(gè)葉片上。坡道展開，好讓旅居者號順利通過圍繞在探路者號周圍的氣囊，此時(shí)，旅居者號從固定平臺上脫開，主動輪向后行駛，其他輪子鎖住不動，整個(gè)車身站立起來，同時(shí)車上設(shè)備準(zhǔn)備好，之后，車就從坡道上開下來。車輪設(shè)計(jì)得可以跨越障礙，即使比車輪大，比車輪高的石塊也能開過去。車開過后，留下很明顯的車輪行駛的痕跡。車可以自己判斷距離著陸器有多遠(yuǎn)。
旅居者投入很小，技術(shù)創(chuàng)新不是很大，但極具前瞻性，開拓性，成功后，使后續(xù)可以做更多更重要的事。噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室正在研制的火星直升飛機(jī)也是這樣的技術(shù)。20年后，人們也許談?wù)摳嗟氖侨绾斡没鹦菤馇?、火星飛機(jī)探測火星。
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于是有了探路者計(jì)劃。使得火星在1997年7月4日迎來了第一輛能夠在火星上成功行駛的車，旅居者號（Sojourner），雖然大小只有微波爐那么大。它是隨探路者著陸器（Pathfinder）而來。只花費(fèi)了1.5億美元，是之前海盜任務(wù)的20%。雖然海盜號著陸器很成功，但那只是對火星的單向探測。而探路者為探測火星開啟了新方式，就是雙向的?；鹦擒囘呅凶撸厒骰匦畔?，而后等待地面科學(xué)家分析信息，接收指令，再前進(jìn)。旅居者號創(chuàng)造出用火星車探測火星的新技術(shù)和新方式，帶來了后續(xù)的勇氣號、機(jī)遇號和好奇號火星車陸續(xù)登陸火星，2020年還將發(fā)射的火星2020火星車。
要成功降落到火星上，最關(guān)鍵的階段就是進(jìn)入（Entry），下降（Decent）和著陸（Landing）。
團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了多種方案，不斷地建造，實(shí)驗(yàn)，損壞，修復(fù)。再重新開始。最大的創(chuàng)新就是使用了氣囊。
旅居者著陸開始，著陸器以每小時(shí)16000英里的速度進(jìn)入火星大氣層，著陸器外面有很好的隔熱保護(hù)罩，靠與大氣摩擦，減速到每小時(shí)900英里，然后，降落傘打開，接著保護(hù)罩下面打開，彈走，然后放下繩子，氣囊充氣，幾秒中后，著陸器以每小時(shí)50英里的速度落到火星表面，被彈起幾層樓高，再落回地面，再彈起，幾個(gè)回合后，著陸器停下來，氣囊放掉氣，打開，天線豎起，向地面?zhèn)骰匦盘枺褐懫饕琅f完好！?
但是，在降落到火星上之前，不是所有環(huán)節(jié)都能進(jìn)行真實(shí)模擬實(shí)驗(yàn)，其中就包括降落傘。在地球上無法模擬火星大氣，測試降落傘的減速情況。如果降落傘工作正常，那么，接下來的難點(diǎn)是知道在什么時(shí)候給氣囊充氣，在落地前幾秒鐘氣囊必須充好氣。開始的設(shè)計(jì)是繩子底部有傳感器，但不起作用，于是加上了雷達(dá)，但又出現(xiàn)了新問題，當(dāng)繩子放下來后，不停地?cái)[動，雷達(dá)測出的數(shù)據(jù)也是變化的。后來，又加上了反向火箭，使速度降得更低。就這樣，不斷改進(jìn)，不斷加進(jìn)新的減速手段。最后的難題是充氣氣囊本身。用當(dāng)時(shí)最強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，設(shè)計(jì)氣囊，模擬氣囊的受力和運(yùn)動，并模擬降落火星整個(gè)環(huán)節(jié)和過程，發(fā)現(xiàn)對有些部分考慮得不夠細(xì)致，其中就包括充氣氣囊。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，它們對氣囊涉及到的物理知識有90%不了解，對降落到火星的探路者有50%不了解。當(dāng)時(shí)技術(shù)方面臨的最大問題就是控制質(zhì)量。不是發(fā)送多少質(zhì)量到火星，而是能讓多少質(zhì)量安全降落到火星上。質(zhì)量越大，慣性越大，降落到火星時(shí)，減速就越難。所以，每增加1克，都要仔細(xì)斟酌。為了控制質(zhì)量，團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)威脅火星車設(shè)計(jì)人員，誰增加了質(zhì)量，誰就可能被開除。十分苛刻，十分有挑戰(zhàn)性，但是他們做到了。
落到火星上，氣囊停止彈跳、滾動后，氣囊中的氣就被放掉，而后，氣囊打開，露出里面的儀器設(shè)備。豎起的第一個(gè)設(shè)備是相機(jī)，找到太陽，根據(jù)太陽，確定地球的方向，然后將天線對準(zhǔn)地球，發(fā)回在火星上的拍攝的第一張照片。在地面測試時(shí)，除了要控制好火星車自己，還要不斷測試太陽、火星、地球的位置。
相機(jī)距離火星表面大約1米高。豎起的時(shí)間不到1秒鐘。相機(jī)為火星拍攝廣角照片，以火星探路者為中心，拍攝一周，帶有23種濾光片，用來分析火星地面物質(zhì)的組成成分，探測火星大氣的性質(zhì)。
氣囊放掉氣以后，收縮，著陸器三片像花瓣一樣的葉片打開，旅居者號位于一個(gè)葉片上。坡道展開，好讓旅居者號順利通過圍繞在探路者號周圍的氣囊，此時(shí)，旅居者號從固定平臺上脫開，主動輪向后行駛，其他輪子鎖住不動，整個(gè)車身站立起來，同時(shí)車上設(shè)備準(zhǔn)備好，之后，車就從坡道上開下來。車輪設(shè)計(jì)得可以跨越障礙，即使比車輪大，比車輪高的石塊也能開過去。車開過后，留下很明顯的車輪行駛的痕跡。車可以自己判斷距離著陸器有多遠(yuǎn)。
旅居者投入很小，技術(shù)創(chuàng)新不是很大，但極具前瞻性，開拓性，成功后，使后續(xù)可以做更多更重要的事。噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室正在研制的火星直升飛機(jī)也是這樣的技術(shù)。20年后，人們也許談?wù)摳嗟氖侨绾斡没鹦菤馇?、火星飛機(jī)探測火星。
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聽說，打賞我的人最后都找到了真愛。
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