《火星任務》
〈火星探測新星-毅力號〉
本文編輯 | 張婉歆
本文校正 | 楊小逸
❙ 火星任務
自1600年代起人類開始以望遠鏡觀測火星,1960年代開始發射火星探測器。
隨著地球各項資源逐漸面臨消耗殆盡的問題,有科學家推測地球17.5億到32.5億年後將不再適合生...
《火星任務》
〈火星探測新星-毅力號〉
本文編輯 | 張婉歆
本文校正 | 楊小逸
❙ 火星任務
自1600年代起人類開始以望遠鏡觀測火星,1960年代開始發射火星探測器。
隨著地球各項資源逐漸面臨消耗殆盡的問題,有科學家推測地球17.5億到32.5億年後將不再適合生命生存,一些研究也推測未來5億年內地球溫度將上升至不適合人類居住。
因此人類至今仍努力探索火星,除了想更加了解我們所處的星系外,也希望能在其上找到適合人類生活的條件,在未來達成移民火星的目標。
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❙ 火星探索歷程
> 1960年代
蘇聯率先發射多枚火星探測器,但大多連地球軌道都未能到達即墜毀,僅火星1號到達火星軌道,但尚未登陸就與地球失聯。
美國的水手號探測計劃中水手4號、水手6號和水手7號成功掠過火星並發回數據,結果顯示火星的大氣密度比人們認為的稀薄,也未發現磁場。
> 1970年代
美國的水手9號成為第一枚成功進入火星軌道的探測器,發回的照片覆蓋了火星表面80%以上的部分,也對火星的兩顆衛星進行了探測。
美國的海盜號探測計劃極為成功,此計劃分為著陸器及軌道器兩部分。
海盜1號成為第一枚著陸火星且發回照片的探測器,在火星工作超過六年後失聯。
海盜2號著陸器工作三年多後失聯。發回的數據表明火星上有微生物的生命跡象,且火星曾有河流、降雨。
與此同時,蘇聯火星任務中著陸器皆未能成功在火星上工作;軌道器則傳回許多數據,顯示火星表面地形圖及引力、磁場的資訊。
> 1980年代
蘇聯火星任務中著陸器皆未能登陸火星。此時美國於70年代成功登陸的著陸器及軌道器大多仍在工作期間。
> 1990年代
美國的火星全球勘測者在火星上工作10年後失聯。火星探路者號成功將旅居者號(火星車)送上火星,此為第一部火星車。
日本及俄羅斯的火星探測計劃皆未能抵達火星。
> 2000以後
美國的火星快車號在火星大氣層內發現甲烷。火星探測漫遊者將勇氣號(Spirit, MER-A)和機遇號(Opportunity, MER-B)兩輛火星車送上火星,研究火星地質、岩石礦物等,並尋找火星上液態水的資訊。
鳳凰號證實火星上有固態水存在。好奇號未偵測到大氣甲烷,發現火星土壤含有豐富水分。
印度成功發射火星軌道探測器。
中國天問一號及阿聯希望號於今年2月皆抵達火星軌道。
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❙ 毅力號(Perseverance)
為目前火星探測主要的探測器之一,自著陸開始一舉一動皆備受世界關注。
> 任務
尋找火星上過去的生命跡象、收集岩石土壤標本、探測地質、嘗試從火星大氣層製造氧氣,並搭載一架小直升機(Ingenuity)測試可否在火星大氣層中飛行。
探索目標為火星赤道北邊49公里寬的耶澤羅坑,科學家認為此處35億年前為湖泊,可能有有機碳層(organic carbon)殘留。
本次任務時長預計為火星年一年(約地球日687天)。
設備
毅力號是由美國製造的火星探測車,外觀與好奇號相近,大小與小型汽車相仿,約1050克。
毅力號攜帶7種科學儀器,23個攝影鏡頭,2個麥克風及一臺直升機Ingenuity(獨創號)。
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❙ 登陸火星的困難
自地球到火星
地球與火星的最短直線距離約需40天方可抵達,但火星會隨著時間推移繼續繞行太陽,因此需精確計算發射軌道。目前是在火星與地球距離接近時發射探測器,利用霍曼轉移軌道到達火星,約耗時260天。且火星公轉週期約為兩年,若錯過最佳發射的時間,則要再等約兩年才能再次遇到合適發射的窗口期。
著陸
著陸則是最困難的問題,探測器速度需從約兩萬千米/小時降至零,且因火星的大氣薄弱,僅有地球的0.1%左右,無法有效利用大氣幫助減速,此時僅能靠事先設好的指令降落,無法遠端控制。
其中需要以完美的角度切入火星的大氣層、忍受高溫、利用減速傘減速、脫掉外轉載探測器的隔熱防護罩,最後啟動逆推火箭,在空中將探測器緩慢放下。登陸過程有「恐怖七分鐘」之稱。
通信
通訊方面也會因為火星與地球的距離而有延遲。火星與地球通訊使用無線電波,傳遞速度約與光速相當,自火星到地球最少需要三分鐘,最長二十二分鐘,因此造成火星與地球單向通訊會有12到14分的延遲。
在上合期間(火星、地球與太陽成一直線,且火星與地球不在同一側)則會失去通訊約一個月。
距離因素以外,宇宙中的噪聲干擾也會使信號減弱,因此探測器需要装有高增益、高可靠的通訊設備,地球也要有直徑很大的深空測控天線,才能維持通訊。
地球遠端控制及通訊會有延遲的問題,因此若出現突發狀況,只能靠探測器自行克服。
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