《外星车浪漫旅》1：美国好奇号火星车

● 详说好奇号火星车：大小与轿车相仿

再说下去可能要别说跑题了，咱们来说回好奇号火星车本体吧。咱们就从传统汽车评测开始，它的长、宽、高分别为2900mm、2700mm、2200mm。可不小了，跟一款小型汽车的大小已经不相上下。899kg的满载质量（火星的重力是地球的38%，所以在火星上其重量就是342kg）也和一辆小车差不多了，这其中包括了80kg的科学器材载重。

● 详说好奇号火星车：六轮全时驱动 360°全方位转向 真正的越野车！

好奇号的六个大轮子是最能体现它是一辆“车”的特征了。六个轮子均采用阳极电镀铝制成，直径为20英寸（50厘米）。轮子一部分有较大的开孔，以保证尘土的排出。同时每个轮子都具有驱动力，可谓是六轮全时驱动！而前后两组轮子都可以进行360°全方位旋转，转向能力更是无与伦比。

好奇号采用的是一种称之为“遥臂-转向架（rocker-bogie）”式的悬架系统，没听说过吧？这种专门为六个轮子设计的悬挂系统能很好的保证六轮都能实时附着地面。同时还有65厘米的最小离地间隙，就越野性来说可比一般SUV屌多了。超强的越野性能保证能在火星凹凸不平的地面行驶无阻。但受限于动力系统，最大爬坡角度只有12.5°。好在重心够低，倾斜角度50°之内都能保证不翻倒，而车载IMU系统会保证好奇号的倾斜角度不超过30°。

好奇的最高速度为90m/h，对，是90米不是90公里。别嫌慢，这可是火星科考车，不是拉力赛车。每移动1米的距离，NASA的专家都要细心研究。实际上它的平均速度甚至只有30m/h。考虑到好奇号头两年的预计行走距离是19公里，这个速度已经足够快了。

● 详说好奇号火星车：动力——核能！

地球上的车子，用汽油的、柴油的、天然气的、电动的、燃料电池的……但是都没见过用核动力的吧！好奇号搭载有一枚由美国能源署提供的钚238（plutonium-238）放射性同位素原料。钚238是一种强力的α射线源，即可以释放出氦核射线的放射性物质。一个钚238释放出一个氦核（两个中子和两个质子）以及5.6MeV能量后，就会衰变为一个铀234。钚238的半衰期为87.7年，就是说1克钚238在87.7年后才有0.5克衰变成铀234，所以是挺危险的放射性材料。

不过由于持续衰变，钚238会产生热能，1克钚238能持续产生约0.5瓦的能量。好奇号搭载有4.8kg钚238，因此可以持续产生约2000瓦（2kW）的热能，并且在14年后还能有80%的能量输出。这个能量远高于太阳能电池板提供的能量，跟一辆小摩托车的发动机功率相当了，适合用于巨大的好奇号火星车。

当然，光有热能还不够。波音公司与爱达荷国家实验室共同研发了一种叫多任务放射性同位素热电转换器（Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator，简称MMRTG）的装置，可将这块核燃料2kW的热能转换成125瓦的电能，剩余的热能可用于加热车载设备。其一天的总发电量可达2.5kWh，相比起来，老一代的火星车采用的太阳能电池板一天只能产生0.58kWh的电能。

当然区区125瓦的瞬时功率驱动一辆接近1吨的好奇号，即使在火星的重力下也依然困难。因此好奇还搭载有两枚容量为4.2万毫安时的锂离子电池，两枚锂离子电池可利用MMRTG产生的电能充电，并且在短时间能输出更大的峰值功率，以提供给好奇号的实验设备以及行走时使用。

● 详说好奇号火星车：车载电脑系统配置在10年前还是很强的

作为无人遥控可靠外星车，好奇号的车载电脑必须足够全面。好奇号的车载电脑系统称为RCE（Rover Computer Element），一共有两台。每一台RCE具备256K EEPROM（电子可擦写可编程只读存储器）、256M DRAM运行内存以及2G闪存型存储器。听起来一点都不给力，甚至还不如现在主流手机强。不过，所有存储设备都进行过防辐射加固，以保证在外太空高能辐射的袭击下依然能正常运行，这是一般存储设备所不能比拟的。

RCE的CPU称为RAD750，指令数性能是400MIPS。比起老一代火星车的35MIPS强了许多，但与如今大部分电子设备相比还是很一般（现在的手机超过2000MIPS都不是啥问题）。还是前面所说的道理，好奇号的车载电脑需要的不是极高的性能，而是能在外太空环境下工作的极强可靠性。真正需要负责计算的，是NASA老巢里那一堆超级计算机。当然硬件配置低还有另一个原因：好奇号的设计年份在2004年，以2004年的标准来说，RCE的电脑配置也算高了。

值得一提的是，由于好奇号RCE存储设备容量相当有限，因此在从地球前往火星轨道直到降落在火星表面的过程中，RCE只安装了太空巡航以及大气层降落时所需的指令软件。成功降落火星地表后，RCE就删除了存储设备中原有的软件，随后安装上完整的地表任务操作软件。

● 详说好奇号火星车：遥远的通讯

好奇号的“司机”身处遥远而危险的地球，因此NASA与好奇号的通信尤为重要。为此，NASA为好奇号准备了两种通讯网络。第一种称之为X-band微波通讯网络。X-band是一种频率为7.0-11.2GHz，波长为3.75-2.5cm之间的电磁波。好奇号上有一个专门用来与地球进行直接联系的X-band天线。然而，由于地球与火星距离相隔遥远，通常会有约0.5-1.5个天文单位的变化，因此即使是宇宙最快速度的电磁波往返于地球与火星间的一次通信延迟也达到8分钟-超过20分钟不等，平均通讯延迟为14分6秒。

通讯延迟还是小事，数据传输速度才是最大的问题。好奇号功率孱弱的天线只能达到32kbit/s（4kbytes/s）的传输速率，比远古时代的“猫”速度还慢。这个速率传输一张1M的照片都要超过4分钟。因此NASA还为好奇号准备了一个UHF收发器，它可以通过UHF中继网络，将数据发送到环绕火星轨道的奥德赛、火星侦察者、火星快递三台轨道卫星，使最高传输速率达到2Mbit/s（256kbytes/s）。

不过火星轨道卫星一天只能与好奇号通信几分钟，因此大部分时候还得依赖好奇号自身的X-band天线直接与地球进行龟速通信。另外，无论是X-band还是UHF中继网络，最终与地球的深空网络（Deep Space Network）通信的还是通过X-band频段。因为轨道卫星搭载有功率强大得多的通信设备，因此才能实现比好奇号本身快得多的通信速率。

● 详说好奇号火星车：搭载数量众多的科学仪器

好奇号所搭载的各项科学仪器在数量和质量上都达到了外星球地表探测器之最，无愧于MSL火星科学实验室的称号——好奇号就是一个可移动的实验室。下面我们来看看这些科学设备：

SAM是好奇号最重最大的设备，达40kg，也是最重要的设备。它可以将机械臂末端采集的火星土壤样本送入SAM内，并加热到700-800℃，用气相色谱仪等一起分析加热样本所产生的气体，从而测定样本中有机物的种类和含量。ChemCam可以通过发射激光来加热样本然后分析样本产生光线的波长，从而确定样本的矿物组成。同时ChemCam还可以在7米外仔细观察火星岩石。这一切，都可以帮助人类更加了解火星的点点滴滴。

● 好奇号的太空之旅

如果有耐心看到这里，相信大家对好奇号火星车已经有相对全面的了解了。现在不妨说说好奇号的冒险故事吧！

2011年11月26日，美国东部时间上午10点02分，位于美国卡纳维拉尔空军基地41号太空发射场的宇宙神-5号火箭搭载着MSL，成功发射升空。此时，地球离火星的距离为1.37天文单位，即2.05亿公里。在发射数小时后，宇宙神-5号的二级火箭就将MSL巡航器组件推离绕地球轨道，进入接近火星的轨道。之所以没有选择离火星距离最近的时候发射，是因为地球与火星有相对速度差，很大程度上，MSL是被地球“抛射”到火星去的。

8个多月后的2012年8月份，MSL在经过四次轨道修正后（总共只有6次轨道修正的机会），终于抵到火星上空。2012年8月6日，最惊心动魄的“恐怖7分钟”到来，在MSL整个着陆装置进入火星大气层后，通讯延迟与大气电离效应使得MSL将有7分钟时间无法与地球获得联系，在此期间MSL的着陆过程完全依然自身电脑操作。对于NASA来说，这7分钟后，要么迎来的是MSL坠毁的消息，要么就是MSL的好奇号成功着陆的好消息。

当然许久以前的事儿，现在剧透也无所谓了：国际标准时间凌晨5点17分，好奇号成功降落在火星表面，降落过程非常完美！最终降落地点位于一个称之为盖尔陨坑的地方，与原定降落范围的中心仅差2.4公里。接下来好奇号便开始为期1个火星年（约2个地球年）的探索任务。

● 好奇号的火星之旅

盖尔陨坑（Gale Crater）在火星靠西北的位置，据推测是35-38亿年前因陨石撞击而形成的直径达154公里的陨石坑。陨坑中央突起的山峰叫做夏普山（Mount Sharp，又名艾奥利斯山），山峰与山谷的高度差达5.5公里，可谓相当雄伟。据认为，亿万年前，这个陨石坑很可能曾经有水流经过、甚至形成过湖泊，因此这里是寻找火星生命踪迹的最佳地域之一。好奇号接下来都在陨坑峡谷内以及夏普山山脚开启它的冒险之旅。

如果大家关注过NASA什么的微博，看过好奇号的日志，相信对好奇号的旅行都会有这样的感觉：走一走、停一停、钻个洞。实际上，钻洞来获取火星土壤以及岩石的样本，正是好奇号的工作内容。

截止至2014年9月17日，好奇号已经从着陆地点，经过7.1公里的“漫长”路程，来到了夏普山的山脚下。期间，好奇号在途经的地面和岩石中钻了数之不尽的洞，还升级了操作软件，火星地面上一条条孤寂的轮印见证了好奇号的征途。最近，好奇号的轮子甚至出现了一些破洞，这让NASA的工作人员更要小心让好奇号躲避障碍物。可以预见的是，好奇号的旅行时间肯定远不止最初预定的2个地球年，其MMRTG电池14年的工作时间能让好奇号超期服役很久，继续在这个异星上旅行下去……

● 好奇号的发现

曾经存在更浓密大气的证据

火星目前大气非常稀薄，气压极低。即使假设火星大气气体成分与地球相同，但低于阿姆斯特朗极限的气压仍会使得人无法生存在火星大气下，也是火星不适宜生命生存的因素。然而好奇号通过对大气中的氩的放射性同位素的研究，得出火星在过去很长时间中失去了大量气体的证据。也就是说火星大气曾经与现在完全不同，要浓密许多，肯定也就比如今更适宜生命生存。

曾经有过流水的决定性证据

2012年9月27日，好奇号的一项发现非常鼓舞人心。好奇号在一个被称为Rocknest地区的位置，发现了数量众多的砾石。砾石是被流水冲刷后形成的岩石，因此这里基本可以确定曾经有水流经过，而且应该是一个河床。在之后的探索中，好奇号还发现了有微量水分的岩石样本，以及一些本身就被水化的矿石。如此之多的证据，使得火星上曾经存在大量液态水的理论基本上变成确凿无误的事实了。有过温暖浓密的大气、有过大量的液态水，火星存在生命的可能性进一步提高。

火星至少曾经是适宜生命存在的

好奇号在火星的岩石中除了水，还发现了二氧化碳、二氧化硫、氢化硫、氯甲烷、二氯甲烷等较为复杂、且跟生命活动都息息相关的分子。火星曾经或者现在是否存在生命？目前还没法下定论，但如果说“火星过去的环境适合生命存在”这绝对是一个真命题。好奇号带来了越来越多的好消息，而再未来的火星征途中，相信好奇号还会有更多让人惊喜的发现。

● 好奇号的继任者

在好奇号仍在火星上努力工作的同时，NASA也在研发下一代火星车。新一代火星车预计将在2018年发射升空，2020年抵达火星。这一次，好奇号的继任者将搜索火星存在生命的直接证据。且让我们拭目以待，希望届时我们还能为大家一览这新一代的火星车！

● 结语

或许有人会认为，汽车网站如此大篇幅的介绍一辆似乎与常人不相干的火星车有点太偏门了。笔者却觉得不然——车，是一个在人类历史上存在了极为漫长时间的概念。从远古的马车，到机械动力开始主宰时代的汽车，再到当今最先进的，奔走于遥远异星上的火星车。车见证着人类历史的进步与文明的变迁，其含义绝不仅仅只是普通的载人工具。

这篇文章，实则是借助“车”这一概念为契机，将目光转移到了最前沿的火星车。如果大家能有耐心看到最后，笔者将表示非常欣慰。在这个浮躁的年代，愿意静下心来关心前沿科学的人已越来越少。希望借助此文，我们能唤来更多有着同样兴趣的爱好者，让“车”这一话题不再单薄、片面。