[科普中国]-猎兔犬2火星着陆器

简介

猎兔犬2将以高于20000公里/小时的速度进入火星大气，最终落到火星表面上。着陆器前面的防热罩将在借助与上层大气的摩擦来减速的过程中提供防热保护。当速度降到1600公里/小时左右时，着陆器上的一个降落伞将张开，以进一步减速。最后，几个大型气囊将充气，以使着陆器不至于在着陆过程中受损。

“猎兔犬”2将完成下列任务：

确定着陆场的地质；

矿物学和化学成分数据；

搜索生命特征（外空生物学）；

研究天气和气候。

它必须在180个火星日内完成其任务(火星日与地球上的一天基本一样长)。着陆后的头几天时间将用于运行预编的程序，对着陆场进行拍照，并运行环境探测器，为随后的详细岩石和土壤分析工作做准备。

“猎兔犬”2将降落的地方是一个平坦的大型沉积盆地，称为伊希迪斯平原。它跨在年代较近的北部平原和古老的南部高地之间，有可能保存有生命痕迹。该着陆场纬度较低(北纬10.6度，西经270度)，由此可以减少为抵御火星寒冷的夜晚而要采用的绝热材料用量。这里岩石不很多，有利于着陆器安全降落，同时又足够实验之用。此外，这里基本上没有陡坡，有利于减轻着陆器的跳动，而且尘埃不多。伊希迪斯平原的高程也足够低，可以提供足够的大气厚度，使降落伞有充足的时间让着陆器减速。

折叠起来的“猎兔犬”2着陆器看上去就像一块很大的怀表。在飞向火星的漫长旅途上，该着陆器都将采取这种状态。一旦到达火星表面并停稳后，“猎兔犬”2将抛掉其气囊，打开蚌壳式的外壳，坦露出内部组件，并展开太阳能帆板和机械臂。首先展开的将是太阳能帆板。它们将采集阳光，以为用于在探测期间向着陆器及其实验装置供电的蓄电池组充电。此后，一个机械臂将利用弹簧展开。机械臂的末端装有所谓的“可调节式有效载荷工作台”（PAW）。“PAW”在英文里有“爪子”的意思，所以有人形象地说“猎兔犬”2长着一只“狗爪”。着陆器的许多实验装置都位于该工作台上，其中包括一对立体相机、一台显微镜、两种光谱仪(穆斯堡尔和X射线)和一个用于火星表面照明的“手电筒”。工作台上还装有岩心提取器/研磨器和掘进机。这两种仪器用于采集分析用的岩样和土样。

机械臂可以伸展和转动，以使两台立体相机能以良好的全景视角对着陆场进行拍摄。拍摄完全景照片后，相机将继续拍摄附近土壤和岩石的近景图像，以留作进一步分析。选定了合适的岩石后，工作台将通过转动使研磨器到达相应位置，以刮掉岩石上风化的表层。随后工作台重新定位，以由显微镜或光谱仪对新暴露出来的物质进行分析。

当有一块岩石看来特别有研究价值时，将用岩心提取器钻下一块样本，并由机械臂送到着陆器壳体内的气体分析组件（GAP）处。工作台背部携带的掘进机还将采集土壤样品，并将其送往气体分析组件1。

设备着陆器携带的仪器设备包括1：

气体分析组件：气体分析组件所要开展的研究与寻找火星生命的关系最为密切。它装有12个加热炉，可用于在有氧存在的条件下对岩样或土样进行逐步加热。每一温度下产生的二氧化碳将被送到质谱仪处，以测量碳-12和碳-13的丰度和比率。质谱仪还将研究其它元素，在大气样品中寻找甲烷。二氧化碳生成时的温度值将反映出物质的性质，因为不同含碳物质发生燃烧反应的温度是不同的。

环境探测器：布设在着陆器不同位置处的各种微小探测器将测量火星环境的各个方面，如大气压力、气温、风速、风向、紫外辐射以及尘埃回降和着陆器下落过程中上大气层的密度和压力等。

立体相机（2台）：这两台相机可拍摄数码照片，由此可构建机械臂可触及区域内的三维模型。由于工作台不能在地面上实时操纵，这一三维模型将用于把各种仪器引导到岩石和土壤研究对象侧旁的特定位置，并提供着陆场的地质环境信息。

显微镜：显微镜将提取由研磨器刮出的岩石表面千分之几毫米的特征信息。它将揭示岩石构造情况，从而帮助确定它是沉积岩还是火山岩。

穆斯堡尔光谱仪：该光谱仪将通过用同位素源（钴-57）放射出的伽马射线照射岩石表面来研究岩石的矿物构成，然后测量被反射回来的伽马射线的光谱。尤其要指出的是，内部原始状态铁矿的性质将同岩石外表风化层做对比，以确定现存火星大气的氧化性如何。

X射线光谱仪：该光谱仪将用来自4个放射源（两个为铁-55，另两个为镉-109）的X射线轰击新刮出的岩石表面，以测定岩石中的元素。这些岩石将放射代表所含元素的能量较低的X射线。利用同位素钾-40会衰变为氩-40的性质将能估算出岩石的年代。X射线光谱仪将对钾进行测定，而气体分析组件则将测定岩石中所含的氩。

掘进机：该仪器将能以每6秒1厘米的速度在火星表面上爬行几米。一旦它遇到了一块大卵石，它就会向地下挖掘，以把样品采集到其端部的一个空腔内。另外还可以通过调整工作台位置来使掘进机能垂直向地下挖，从而有可能采集到距表面1米深处的样品。

岩芯提取器/研磨器：这种钻头可以在一个表面上移动，以除掉风化物质，也可以固定在某一点处，钻取有望含有原始样品的岩芯。

事件离奇失踪在地面发送的150条指令控制下，2003年12月19日，欧洲空间局科学主管大卫－索斯伍德从位于德国达姆施塔特的任务控制部门通过可视电话向总部报告：猎兔犬2号着陆器与火星快车探测器成功分离。2003年6月2日，价值3.5亿美元的火星快车从拜科努尔发射场升空，它经过6个月共计2.5亿千米的飞行后，终于在圣诞节前抵达火星附近。这是欧洲首次独立对另外一个星球实施探测活动。本来如果一切顺利，猎兔犬2号将穿过火星稀薄的大气在12月25日降落在北纬10.6°、西经270°的火星赤道以北的伊西底斯平原，搜索火星表面生命的迹象。

可截止到2004年1月4日，猎兔犬2号仍未与地球取得联系，欧洲国家、美国和澳大利亚的科学家动用了多个射电望远镜搜寻猎兔犬2号，结果一无所获。但科学家仍然没有放弃对猎兔犬2号的搜寻，欧美航天专家已组成了一个名为“老虎”的小组，全面搜寻猎兔犬2号，并对可能出现的各种情况进行分析。据专家分析，当时火星上的天气状况良好，登陆器自身携带的时钟看起□易林来也与预设的程序一致。因此猎兔犬2号可能遇到的技术问题有：

在向火星降落的过程中被毁；

在着陆瞬间毁坏；

不幸掉进深洞或裂缝里；

它的无线电天线发生误差；

它发出了信号，但负责传输信号的美国奥德赛火星探测器没有收到。

欧洲空间局负责控制火星快车飞行的科学家麦凯认为，猎兔犬2号在火星上被摔坏的可能性不大，因为根据事先模拟和不断改进，它的降落伞及着陆时用的气囊会按时顺利工作；登陆器的打开装置也应该没有问题，因为即使掉在石头中间，其发动机也有足够强的动力把外壳打开。负责研制猎兔犬2号的英国科学家科林·皮林格说，猎兔犬2号可能掉进了火星表面的坑道。在猎兔犬2号预期着陆区域中心有一条1千米宽的火星坑道，大小仅相当于一个自行车轮的猎兔犬2号有可能掉进了这个坑道2。

失而复得2015年1月16日，英国和欧洲航天局突然宣布，失踪10余年的猎兔犬-2已经被美国航空航天局的“火星勘测轨道器”找到了，它12年前就已经成功登陆火星。猎兔犬-2项目主管希姆斯（Sims）说：“猎兔犬-2成功着落火星，我对此感到兴奋。从2003年开始，每个圣诞节我都在想，猎兔犬-2究竟在哪里呢？”其实早在2014年3月，英国科学家就曾表示，猎兔犬-2可能已经找到，因为他们从火星轨道器拍到的猎兔犬-2着陆的地方发现了4个白色的亮点，这显然是着陆气囊打开后展现的四个叶片。但当时还没有定论，而且也有科学家怀疑，那四个白点很可能是拍照失误造成的。

美国“火星勘测轨道器”拍摄的图像显示，该探测器成功在火星表面着陆，但是处于半展开状态，所以导致其无法与地球取得联系。只有其4个太阳电池板都完全打开时，猎兔犬-2着陆器才能够展开天线，进而与地球进行联络。希姆斯表示，如果“火星勘测轨道器”拍摄的确实是猎兔犬-2，就意味着其按计划完成了复杂的进入、下降及着陆程序，其中包括用降落伞和气囊减速着陆等。对于推测为什么猎兔犬-2在最初着陆并弹跳约500m后未能成功打开太阳电池板这一问题，希姆斯说：“最可能的是运气太坏了。”

目前，人类共有5个探测器在火星轨道工作，那么，为什么花了10余年时间才发现猎兔犬-2着陆器呢？这主要是因为在长60km、宽10km的着陆区，想要定位一个仅2m宽的探测器实在是非常困难，这几乎达到了所有火星轨道器拍照设备有效分辨率极限，故此10多年来没有发现它的踪迹。只有“火星勘测轨道器”上分辨率为25cm的相机才可能找到它。着陆区内有大量像该着陆器一样大小的岩石，所以寻找猎兔犬-2的工作如同大海捞针。最后，所拍物体之所以被认定是猎兔犬-2着陆器，是因为其距离目标着陆中心的距离只有5km。同时其具有适当的形状、大小、颜色及反射率，并且几乎没有影子。专家强调：“这并不是一堆岩石或沙丘，这完全是一个来自火星以外的物体。”

在找到猎兔犬-2后，该项目主管希姆斯认为,可能纯粹是坏运气，着陆后的大力反弹可能使着陆器的结构变形，因为太阳电池板之间的间隙不大；或是降落伞或气囊没能与登陆器充分分离，阻碍了着陆器展开。英国在一份声明中说，由于只展开部分探测器，所以不可能重新与猎兔犬-2取得联系或从中检索数据，因为它的天线在太阳电池板下面。欧洲航天局说，尽管目前还不能确定猎兔犬-2出的故障原因，但能得知它已成功着陆，这就为欧洲下一阶段火星探测计划注入了新的动力。欧洲计划在2016年发射“跟踪气体轨道器”(TGO)以及“进入、降落和着陆”(EDA)演示器，并在2018年发射“火星生物学”(ExoMars)漫游车3。