王　文

于2007年8月4日發(fā)射升空的美國“鳳凰”號(hào)火星探測器，歷時(shí)9個(gè)多月在太空“奔走”7.11億公里后，終于在北京時(shí)間２００８年5月26日7時(shí)53分"踏上"了火星北極地區(qū)，成為首個(gè)登陸火星北極地區(qū)的探測器。“鳳凰”號(hào)著陸約2小時(shí)后，工作人員接收到它從火星傳回地球的第一批40余幅黑白圖像，開始了為期90天研究火星北極地區(qū)是否擁有生命的勘測重任。那么，它是如何“有驚無險(xiǎn)”地成功登陸火星北極？它究竟擁有怎么樣的先進(jìn)探測設(shè)備和技術(shù)手段？它究竟能否找到表征所必需的原始成分而被永載史冊？下面讓我們一起把目光聚焦“鳳凰”號(hào)的“臺(tái)前幕后”。

幾近完美的發(fā)射登陸

據(jù)悉，人類在這之前曾進(jìn)行過多次登陸火星的嘗試，但只有5次獲得成功。人們也許還記得，1999年美國的一個(gè)“火星極地著陸者”探測器在登陸火星南極時(shí)，因提前關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)而一頭撞在火星表面墜毀；4年前，“機(jī)遇”號(hào)和“勇氣”號(hào)火星探測器則是依靠降落傘和安全氣囊彈跳著在火星表面作“硬著陸”。

這次“鳳凰”號(hào)為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確而又安全的“軟著陸”，也就是說，既要避免重蹈“火星極地著陸者”的覆轍，而又要改變像“機(jī)遇”號(hào)和“勇氣”號(hào)那樣的“硬著陸”方式。采取了一系列技術(shù)措施，這其中包括火星探測衛(wèi)星、德爾塔2型火箭、三角支腳和反推火箭，等等。

專家指出，“鳳凰”號(hào)著陸區(qū)域內(nèi)遍布著500萬塊大巖石和許多不規(guī)則裂縫，著陸時(shí)一不小心便會(huì)“出師未捷身先死”。首先，一顆“火星勘測軌道飛行器”先行對(duì)著落區(qū)域長時(shí)期拍照，為“鳳凰”號(hào)著陸“踩點(diǎn)”，選取一塊平安之地。其次，為“鳳凰”號(hào)配備德爾塔2型運(yùn)載火箭，這種三級(jí)火箭可根據(jù)任務(wù)需要捆綁多個(gè)固體火箭推進(jìn)器和選擇有效載荷整流罩的大小，以確?！傍P凰”號(hào)在漫漫征程中“一路平安”。再次，“鳳凰”號(hào)著陸采用“急剎車”的軟著陸技術(shù)，在它進(jìn)入火星大氣層時(shí)，先通過大氣摩擦力和釋放降落傘將其時(shí)速從1.9萬公里驟降至200公里，快接近地面時(shí)連續(xù)12次點(diǎn)火啟動(dòng)反推火箭進(jìn)行制動(dòng)，將其減速到每小時(shí)8.8公里，最終，再靠3條支腳穩(wěn)穩(wěn)落地。這也是32年以來人類又一次在火星實(shí)現(xiàn)航天器“軟著陸”，難怪乎“鳳凰”號(hào)項(xiàng)目主管說：“即使在夢里，它也不可能如此不偏不倚地著陸，它太完美了?！?/p>

掌控太空聯(lián)絡(luò)的無線通信

大家都知道，“鳳凰”號(hào)探測器一旦升空著陸火星后它與地面保持聯(lián)絡(luò)的唯一手段只能是無線電通信，而這種被人們稱之為宇宙通信的無線通信與我們平時(shí)使用的諸如手機(jī)等無線通信有所不同。這是因?yàn)闊o線電信號(hào)從地球發(fā)射到火星探測器，其能夠接收到的功率僅僅為發(fā)射功率的二千萬分之一，它微弱到只相當(dāng)于一片雪花落到地面上的能量，甚至連一個(gè)耗電極小的發(fā)光指示燈也點(diǎn)不亮。為此，美國宇航局不僅設(shè)置了由3處分布于世界偏遠(yuǎn)地區(qū)通信站構(gòu)成的深空通信網(wǎng)，而且在火星軌道上布置了“火星勘測軌道飛行器”和“火星奧德賽”兩顆通信衛(wèi)星，作為“鳳凰”號(hào)與地球控制中心保持通信聯(lián)絡(luò)的“擺渡船”。

據(jù)介紹，深空通信網(wǎng)一處設(shè)在莫哈韋沙漠中的戈?duì)柕滤雇?Goldstone)，另一處在西班牙馬德里附近，第三處在澳大利亞堪培拉附近。每一處設(shè)施距離人口稠密地區(qū)都很遠(yuǎn)，以避免當(dāng)?shù)責(zé)o線電信號(hào)干擾來自遙遠(yuǎn)航天器發(fā)回的微弱信號(hào)。深空網(wǎng)收到信號(hào)并增強(qiáng)后，會(huì)將它們轉(zhuǎn)發(fā)到控制中心，經(jīng)處理獲得的照片也會(huì)通過互聯(lián)網(wǎng)和電視臺(tái)，供世界各地人們欣賞。

專家指出，地面控制中心與“鳳凰”號(hào)之間的信號(hào)接收和發(fā)送是一個(gè)極其復(fù)雜的過程，它涉及地面站的巨型天線、傳輸網(wǎng)絡(luò)、信號(hào)處理中心以及火星通信衛(wèi)星等一系列高新技術(shù)裝備。例如，在戈?duì)柕滤雇?，挨著火星信?hào)接收天線的設(shè)施是信號(hào)處理中心，諸如微波發(fā)射器、波導(dǎo)管、電腦等成排設(shè)備將其塞得滿滿當(dāng)當(dāng)，所有來自接收天線的數(shù)據(jù)都在這里進(jìn)行校準(zhǔn)、維護(hù)和操作，對(duì)“鳳凰”號(hào)的各種控制指令也從這里發(fā)送出去。又如，在信號(hào)處理中心控制室內(nèi)，桌上醒目位置上放有為重要人員準(zhǔn)備的無線耳機(jī)，屆時(shí)，他們可一邊在控制室內(nèi)來回走動(dòng)，一邊用無線耳機(jī)下達(dá)各種任務(wù)指令。

本領(lǐng)高超的探測裝備

據(jù)美國宇航局披露，長5.5米、寬1.5米的“鳳凰”號(hào)從頭到腳全身“披掛”著各式各樣的先進(jìn)裝備，僅用于專門作業(yè)和科研分析的工具中光儀器就重達(dá)55公斤，猶如一個(gè)萬能的“百寶箱”?！叭绻麑⑻綔y器看作是身體，將各種科學(xué)試驗(yàn)裝備看作是感官，那么運(yùn)行VxWorks的Rad 6000艙載計(jì)算機(jī)將是它的大腦?！币晃挥詈骄猪?xiàng)目主管如是說。艙載計(jì)算機(jī)不僅用來指揮諸如自動(dòng)機(jī)械臂、土壤采樣裝置、立體攝影機(jī)等各類儀表器件有條不紊地工作，而且還能對(duì)探測器的導(dǎo)航軌道修正以及進(jìn)入、下降和著陸系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算控制，確保探測器在地面人員掌控之中。

“鳳凰”號(hào)上的各種探測工具更是令人刮目相看：一條長達(dá)2.35米的機(jī)械挖掘臂，其由鋁、鈦合金制成的臂膀不僅可以彎曲，其末端的反鏟能垂直向下深挖61厘米處的土壤，另一個(gè)馬力強(qiáng)勁的電錘即使是遇到猶如人行道般堅(jiān)硬的冰層也無妨，而安裝在機(jī)械臂末端反鏟上的照相機(jī)，則可連續(xù)拍攝土壤及其冰層的特寫圖像；一種被專家稱之為“迷你烤箱”的熱量和釋出氣體分析儀，更能實(shí)施就地分析火星冰樣的功能，它通過對(duì)土壤樣本加熱，可測得樣本中水蒸汽、二氧化碳及揮發(fā)性有機(jī)物變化的數(shù)據(jù)；分析細(xì)度可達(dá)到一根頭發(fā)千分之一的顯微鏡以及電化學(xué)和傳導(dǎo)性分析儀器，可對(duì)礦物顆粒樣本進(jìn)行諸如是否有溶解的鹽分存在、土壤酸堿度等化學(xué)特性分析，而位于機(jī)械臂上的傳導(dǎo)探測器則可以檢查土壤的熱量及電傳導(dǎo)特性；一個(gè)捆綁在“鳳凰”號(hào)桅桿上的立體照相機(jī)，可用來拍攝著陸點(diǎn)地形的高清晰度、彩色、立體圖像，加上一個(gè)搭載火星降落成像儀所拍攝的著陸區(qū)域的地質(zhì)情況，可為人們提供翔實(shí)、準(zhǔn)確和全方位的地貌資料。更令人稱奇的是，在“鳳凰”號(hào)上居然還裝備有一個(gè)由加拿大宇航局提供的微型氣象站，它可以用來監(jiān)測火星大氣層的塵埃、溫度、濕度、風(fēng)速等變化。

美國宇航局專家說，“鳳凰”號(hào)表現(xiàn)非常好，超乎我們的預(yù)期，正如它的名字“鳳凰”一樣，寓意“浴火重生”。從最新發(fā)回照片中顯示“鳳凰”號(hào)已找到冰層，我們期待，90天后它將揭開人類探索火星的新篇章。