
帕薩迪納——今晚晚些時候,一艘外形大致像雞肉餡餅的白橙相間的航天器將以每小時13200英里的速度衝入火星大氣層。這艘火星科學實驗室太空船周圍的火球在下降過程中溫度將達到華氏3800度,如同受控流星沿著彈道軌跡墜落。美國太空總署希望在太平洋時間晚上10點31分/東部時間凌晨1點31分之前收到消息,太空船在經歷了七分鐘的驚險飛行後安全減速至零英里/小時,並做好探索火星的準備。
「好奇號」火星探測車的進入、下降和著陸(EDL)是這輛動力強勁、攜帶實驗室、汽車大小的探索者最引人入勝——當然也是最瘋狂的部分——的方方面面。 NASA的工程師和管理人員一直說這是有史以來在其他星球上嘗試過的最複雜的著陸,這當然沒錯。但這種類似魯布‧戈德堡機械的空中起重機式投放系統既不是最危險的,也不是風險最大的。它實際上是NASA工程師認為唯一可行的方案。
火星探測漫遊車「勇氣號」和「機遇號」借助降落傘降落到火星表面,並在氣囊的緩衝下彈跳著滑向地面。而「海盜號」登陸器則依靠自身沒有保護的著陸腿著陸,先用降落傘減速,再用反推火箭減速。但這輛火星車太重太大,無法使用氣囊——它需要的氣囊數量太多,著陸後可能根本無法擺脫氣囊的束縛——而且,如果把它放在三腳著陸平台上,就意味著需要想辦法讓它駛離平台,這就需要一輛更小的火星車了。
「經過反覆思考和分析,空中起重機不僅看起來不那麼瘋狂了,而且還具備許多極其寶貴的功能,」進入、下降和著陸團隊的飛行系統開發經理喬丹·埃文斯說。 “事實證明,它相當精妙。”
以下是今晚(太平洋時間晚上10:07左右)將要發生的事情:
指令:do_EDL
控制「好奇號」的軟體將自主完成所有操作。輸入此指令後,著陸、降落和著陸(EDL)程序開始運作。首先,「好奇號」火星探測器會拋棄兩塊筆記型電腦大小的鎢壓載物,這些壓載物會調整其著陸角度,產生升力,就像飛機機翼一樣。這有助於它利用側面的推進器進行轉向。然後在距離地表約7英里(11公里)的高度,超音速降落傘會展開以減速。但這還不夠——「好奇號」還需要火箭動力下降級和減速器才能完全停止。
距離火星表面一英里時,仍在冒煙的太空船割斷降落傘,脫離氣動外殼,自由落體般墜向火星表面。 「我們正在學習飛行,但我們沒有翅膀——降落是最難的,」美國宇航局火星項目經理道格·麥奎斯頓引用湯姆·佩蒂的歌詞說道。
經過幾秒鐘的自由落體後,天空起重機系統啟動了反推火箭。此時,「好奇號」火星車已穩穩地停放在下降級中,輪子朝下,完全暴露在外,沒有安全氣囊。火星車腹部的雷達開始搜索地面,尋找平坦柔軟的著陸點。
距離火星表面幾公尺處,三條繫繩展開,火星車以每小時2英里的速度緩緩下降。火星車堅固的避震系統足以承受這次下降;你可以想像車輪撞擊火星塵埃時關節發出的嘎吱聲。隨後,三把爆炸刀切斷了臍帶,下降級火箭引擎仍在轟鳴,飛向約450公尺外的墜落點。
EDL團隊的飛行動力學和運行負責人艾倫·陳表示,早期曾討論過將下降段用作輔助著陸器,但很快就被否決,轉而選擇迫降。 「著陸一次就已經夠難了,」他說。 “它已經完成了使命。它英勇犧牲。”
整個過程將自動進行,79個爆炸裝置將依序完美引爆,釋放降落傘、氣動外殼、隔熱罩等零件。美國太空總署噴射推進實驗室的工程師們將和我們一樣,從地球上觀察整個過程,由於火星和地球之間存在14分鐘的光時差,他們無法進行任何控制。 「好奇號」將完全依靠自身力量。它會發送短暫的X波段無線電信號,相當於從火星發送短信,讓地球上的每個人都了解情況——但當降落傘打開,地球落入火星地平線時,我們將失去信號。
麥奎斯頓指出,發射通常是太空船最棘手、最動盪的經歷,但這艘太空船還有很長的路要走。 「我們還沒有完成那些令人膽戰心驚、充滿風險的任務,」他說。
NASA一直在努力控制人們對此次發射的預期,指出“火星探測難度很大”,而且大多數火星探測任務都以失敗告終。科學研究人員、探測車設計師和著陸著陸系統(EDL)工程師雖然都顯得緊張,但表面上又充滿信心。每個部件都經過了數百次的測試和復測,埃文斯表示這在一定程度上有所幫助。
「這些單項措施都不會讓我擔心——它們反而讓我充滿信心。然後我才會擔心整件事,」他說。
EDL 團隊的 Adam Steltzner 週日早上簡潔地總結道:“我們理性上充滿信心,但情感上卻感到恐懼。”
麥奎斯頓曾多次表示,如果任務失敗,工程師們會重新振作,撣去塵埃,或許會再試一次。他們別無選擇。 “科學就在那裡,”他說,“我們需要不斷返回。”