與火星探測車駕駛員同行 與火星探測車駕駛員同行

與火星探測車駕駛員同行

與火星探測車駕駛員同行

在第一次試駕後的幾個小時裡,史考特‧麥克斯韋一直盯著臥室的天花板,興奮得坐立不安。一切就緒,離開噴射推進實驗室時,他已經發出了指令。現在,他本該在火星時間開始下一個班次之前好好休息。但他知道,在距離太陽第四顆行星的這顆行星上,「勇氣號」火星車的車輪已經開始轉動了。

「我當時在想,就在那一刻,另一個星球上有一個機器人,正在執行我交給它的指令。我根本無法想像自己還能睡著,」麥克斯韋回憶道。 「這簡直太不可思議了。直到現在,我仍然覺得不可思議,我的日常工作竟然是跨越1億英里的浩瀚宇宙,去操控另一個星球上的某個東西。”

麥克斯韋是工程師和科學家團隊的一員,該團隊近十年來一直與美國宇航局勇敢的火星探測漫遊車“勇氣號”和“機遇號”合作,駕駛它們穿越火星上風沙肆虐的地形,並取得了突破性的新發現。他們中的許多人,以及一批新的研究人員,還將指揮新的火星探測漫遊車“好奇號”,該車將於三週後著陸。這輛漫遊車更加複雜、動力更強勁,設計壽命也遠超「勇氣號」和「機遇號」最初三個月的預期壽命。但正如人們所熟知的,火星探測漫遊車任務(MER)在許多方面都奠定了基礎——包括如何成為火星探測漫遊車駕駛員。

這些人類在南加州普通的辦公環境中工作,穿著普通的衣服,坐在普通的電腦前,在普通的隔間裡開電話會議。然而,他們卻在火星上駕駛小型車,這項不可思議的壯舉令像麥克斯韋這樣的團隊成員驚嘆不已。這並不容易,不僅對團隊成員的健康構成挑戰──對某些人來說,火星上的時間簡直是煎熬──也對他們的人際關係造成影響。但如果你問他們,他們會說這是一趟畢生難忘的旅程。

從按下貪睡按鈕的那一刻起,駕駛火星探測車的早晨就變得異常複雜。在任務初期,工程師必須按照火星時間工作。火星日(稱為「sol」)比地球日長約40分鐘,因此工程師們每天上班都要比地球時間晚40分鐘。火星計時需要進行一些精細的計算。從探測器的角度來看,這簡直糟透了——除非你是麥克斯韋,他聲稱自己很喜歡這種工作方式。

圖片由美國國家航空暨太空總署提供

像黛博拉·巴斯(Deborah Bass)這樣的早起者,她是噴氣推進實驗室(JPL)的科學家,曾參與火星探測漫遊者(MER)和鳳凰號著陸器項目;還有雷·阿維德森(Ray Arvidson),他是該任務的副首席研究員。他們對火星時間的感受並不好。 「哦,真是太難熬了,」阿維德森說,「感覺就像每天都從歐洲旅行回來一樣。」如今,火星探測漫遊者團隊會提前做好計劃,以便能夠按照地球上的正常作息時間工作,但好奇號著陸後,300到400人將不得不重新適應火星時間及其奇特的作息規律。

「此刻,另一個星球上有一個機器人,正在執行我交給它的指令。這簡直太不可思議了。」「勇氣號」和「機遇號」火星車依靠太陽能驅動,因此它們必須在火星的白天工作,以確保有足夠的電力。雖然「好奇號」配備了核動力發電機,但它也主要在白天工作,以便其相機和儀器能夠進行觀測。巴斯表示,這意味著周密的計畫至關重要。

「我們希望做好準備,這樣當那艘小型探測器在火星上甦醒時,我們就能立即安排它執行一系列任務,」她說。 “我們會在火星時間早上5點左右發射它,那正是火星一天的開始。所以我們說我們是在上火星夜班。”

由於火星時間較長,工作日和夜晚都很漫長,噴射推進實驗室的管理人員必須確保員工準時回家休息。 「這份工作太吸引人了,很難放下它回家休息,」巴斯承認。

這項任務也極具挑戰性,因為團隊成員對探測車和彼此都懷有深厚的感情,他們希望陪伴探測車走過每一個新的階段。這項任務為這些十多年來並肩作戰的人們提供了堅實的依靠,他們共同經歷了親人離世、離婚以及其他種種創傷。最初,工程師和科學家分別負責其中一輛探測車,並逐漸熟悉它們,像我們談論自己的寵物一樣,討論「勇氣號」和「機遇號」的「個性」。

「我們賦予它們個性,但這並不意味著它們就不真實。如果你曾經擁有過第一輛車,並且你很喜歡它——也許它脾氣古怪,也許它很棒——那輛車對你來說就像是另一個人。這就像打了興奮劑一樣,」麥克斯韋爾說。 “如果你可以用‘個性’來形容這些探測車,那麼它的性格正是整個團隊共同努力的成果。”

日常瑣事

儘管激動人心,但就連火星探測車的駕駛也始於會議。 MER團隊的早晨以計劃會議開始;由康奈爾大學的史蒂夫·斯奎爾斯和聖路易斯華盛頓大學的阿維德森教授領導的科學團隊負責討論探測車應該執行的任務。然後,包括麥克斯韋在內的工程師們將指令傳遞給探測車本身。 (此時這裡只用「探測車」一詞,因為「機會號」是唯一仍在運行的探測車;它的孿生兄弟「勇氣號」在陷入沙土後失去了聯繫。)

喬安吉利斯/聖路易斯華盛頓大學

火星到地球的光速延遲意味著指令發出、執行和確認之間存在著很長的延遲時間。在任務初期,由於團隊需要了解偵測車的反應,操作極為緩慢且簡單。後來,探測車升級了人工智慧,以幫助識別感興趣的目標。這非常有用,因為火星上瞬息萬變——肆虐的沙塵暴、鬆軟的土壤和其他意想不到的情況都可能破壞精心製定的計劃。

「想像一下,開車去超市,卻遇到這樣的延遲。20分鐘內什麼都沒發生,而當事情終於發生時,你卻渾然不知,因為後視鏡的顯示還要再過20分鐘才會更新。」麥克斯韋爾說,「想像一下,開車去超市,卻遇到這樣的延遲。4到20分鐘內什斯韋爾說,「想像一下,開車去超市,卻遇到這樣的延遲。4到20分鐘內什斯韋爾說,「想像一下,開車去超市,卻遇到這樣的延遲。4到20分鐘內什斯韋爾說,「想像一下,開車去超市,卻遇到這樣的延遲。4到20分鐘內什斯韋爾說,「想像一下,開車去超市,卻遇到這樣的延遲。4到20分鐘內什斯韋爾說,「想像一下,開車去超市,卻遇到這樣的延遲。4到20分鐘內什斯韋爾說,「想像一下,開車去超市,卻遇到這樣的延遲。4到20分鐘內什斯韋爾說,「想像一下,開車去超市,卻遇到這樣的延遲。4到20分鐘內什斯韋爾說,『想想麼都沒發生,而當事情終於發生時,你卻渾然不知,因為後視鏡的顯示還要再過4到20分鐘才會更新。經過多年的測試,他們對偵測車的反應時間和性能充滿信心,因此無需對每一個細微的指令進行精確測試。不過,「好奇號」探測任務還需要一段時間才能完成這些測試。

傍晚時分,機遇號火星車停止行駛,利用其高增益天線和火星奧德賽軌道飛行器的中繼訊號向地球發送照片。這時,麥克斯韋和他的團隊開始為第二天的工作做準備。他們編寫指令時,可以在一個客製化的、類似電子遊戲的軟體平台上操控虛擬火星車,這個虛擬火星車相當於火星上火星車的化身。電腦版本可以幫助驗證指令。

「當它執行時,不會有人按下緊急按鈕,所以任何可能出錯的事情,我們都必須提前考慮到,」麥克斯韋爾說。

但有時候,火星會出其不意,讓人束手無策。

失去鬥志

兩輛火星探測車早期都出現了一些小問題;它們的太陽能電池板反覆被灰塵堵塞,「勇氣號」在任務進行幾年後失去了對六個輪子中的一個的控制。有些儀器最後也磨損了,例如探測車用來研磨岩石的岩石磨蝕工具上的鑽石。但這些限制都沒有造成嚴重的問題。然而,在2009年5月1日,步履蹣跚的「勇氣號」卻落入了陷阱。

「就像滑冰運動員可能會突破冰面一樣;Spirit 突破了看似非常友好的地形,」麥克斯韋回憶道。 “那裡的地形更柔軟、更蓬鬆,所以她很難找到抓地力。”

美國太空總署

團隊前往噴射推進實驗室(JPL)的火星車測試平台——一個配備全尺寸火星車模型的沙箱,在那裡他們可以進行一些操作測試。他們制定了計劃,並在火星冬季來臨前開始發送指令——然而,另一個輪子又出了故障。儘管如此,麥克斯韋和他的團隊還是想出了一個辦法,基本上可以幫助「勇氣號」擺脫困境,他們在它身後堆起了一堆泥土。在太陽落山之前,他們已經前進了30厘米,而「勇氣號」的太陽能電池板也傾斜到了錯誤的方向。 「勇氣號」進入了休眠狀態,據目前所知,它再也沒有甦醒過來。去年,NASA 嘗試聯繫這輛火星車超過1300次,最後放棄了。

「勝利近在咫尺,但我們就是沒時間。這太令人沮喪了,」麥克斯韋爾說。

這次經驗激發了阿維德森對火星地形力學的興趣,他開始研究不同深度和地殼下的土壤特性。他參與了一項利用「好奇號」火星車進行的全新地形力學實驗,該實驗將利用火星車提供的詳細遙測數據,幫助其規劃安全路線,避開類似困住「勇氣號」的沙坑。此外,它還將幫助科學家了解結殼土壤的形成過程及其與現代火星水循環的關係。這項實驗是基於阿維德森當年為解救「勇氣號」而搭建的系統。 「我決心絕不讓這樣的事情再次發生,」他說。

該系統每兩秒鐘記錄一次火星車的俯仰角、偏航角、橫滾角和馬達電流,同時建立地形圖。然後,這些數據被導入電腦模型。好奇號火星車的系統運作方式類似。以下是火星探測漫遊者計畫「阿爾忒彌斯」的一個例子。

除了助力未來的火星任務,探測車駕駛員們的所有工作——火星上的生活節奏、熬夜加班和錯過的約會——都激發了公眾的想像力,並改變了我們看待這顆鄰近星球的方式。這顆以戰神命名的紅色星球不再那麼陌生;如今,它變成了一片塵土飛揚、銹紅色的地貌,人類可以在上面自由穿梭。正如麥克斯韋所指出的,探測車的高度與普通人相仿,它們擁有立體彩色視覺。

「當你透過他們的眼睛看火星時,你看到的就如同透過你自己的眼睛一樣,」他說。 “我們人類脆弱的身體還無法親自前往那裡,但我們可以派遣機器人,讓你把身臨其境的火星照片發回家,讓你感受一下自己在火星上會是什麼樣子。”

儘管過去十年公眾對「機遇號」火星探測車喜愛有加,但如今它們已逐漸淡出人們的視野,就像太空梭發射有時甚至不會登上報紙頭條一樣。然而,「機遇號」仍在不斷帶回新的發現。

「1969年,我們把人類送上了月球。你晚上出去看看天空中那個龐然大物——天哪,有人在上面行走!但到了阿波羅17號,大家都對月球失去了興趣,」麥克斯韋說道。 “所以我明白,我們不再是每天都佔據頭條新聞。但對我來說,這永遠不會過時。”

阿維德森也表達了同樣的看法:“我們駕駛探測車在另一個星球上。這怎麼可能不好玩?”

美國太空總署/噴射推進實驗室