NASA好奇號火星車新進展：時隔一年半重啟鑽孔採樣

原標題：NASA好奇號火星車新進展：時隔一年半重啟鑽孔採樣

前情提要：

關於2017年的好奇號總結，看這裡

→ 好奇號火星車的2017年終行記：紅色星球長路漫漫，永遠年輕，永遠好奇

1、好奇號是啥？

好奇號是NASA於2011年11月發射的火星車，2012年8月成功著陸於火星的蓋爾環形山中。

好奇號火星車是目前投入使用的最先進的火星車，到2018年初已經走過了18公里路程。

在過去的六年里，好奇號從黃刀灣、帕朗山、柏瑞哲盆地、穆雷孤峰行至薇拉·魯賓山脊…它不斷地向這場探險之旅最重要的目的地——高達5000米的夏普峰攀登。

好奇號在蓋爾環形山中的行進路線。蓋爾環形山的中央峰夏普山（Mount Sharp，後被正式命名為伊奧利亞山Aeolis Mons），是好奇號的目的地。(Voosen, Science, 2017)

2、好奇號為啥要鑽孔？

好奇號的使命是探索遠古火星上可能的水和生命，而它所著陸的蓋爾環形山內，就是這樣一個充滿了疑似液態水和有機物痕迹的地方。

怎麼探測這些可能的生命痕迹呢？其中一種重要的方法就是鑽孔採樣，然直接分析這些樣本的成分。在過去的幾年裡，好奇號邊走邊打洞，已經成功完成了15次鑽孔採樣。

截止到2016年10月，好奇號完成了15次鑽孔採樣。來源：NASA/JPL

3、好奇號出了啥問題？

2016年12月初，好奇號的鑽孔機出現了故障，不能順利按照指令打洞了。雖然遠在地球上的工程師們立刻開始檢修工作，但2017年的好奇號還是有點著急——2017年6月中旬，好奇號到達薇拉·魯賓山脊（Vera Rubin Ridge）一帶，這是一處富含赤鐵礦的地質單元，富含鐵的礦物可以為微生物提供能量來源，也就是說，這是一處很可能探測到生命痕迹的區域。

機不可失，時不再來。

2017年中旬，好奇號來到了富含赤鐵礦的薇拉·魯賓山脊一帶。來源：NASA/JPL

4、怎麼修？

好奇號原本的鑽孔原理是先用兩根穩定器（stabilizer）把要採樣的岩石外圍固定住（就是圖上垂直的圓柱形的那兩根）。

好奇號原本的鑽孔採樣方案。來源：NASA/JPL

再用推進裝置伸出鑽頭（中間那個）進行鑽孔。

好奇號原本的鑽孔採樣方案。來源：NASA/JPL

工程師們發現，鑽孔機的伸縮故障正是因為推進裝置出了問題。

好奇號2013年5月19日在Cumberland成功鑽孔採樣的過程。來源：NASA/JPL

另外一邊的地球上，NASA的工程師們正對著一個幾乎一模一樣的好奇號副本機，夜以繼日地尋找鑽孔機的修復方案。

工程師們在測試新的鑽孔方案。來源：NASA/JPL

多次恢復推進裝置的嘗試未果之後，好奇號團隊決定採用更加簡單粗暴的方式：索性不用穩定器了，直接把機器臂連著鑽頭一起鑽進地里不就好了……他們管這個新方案叫做Feed-Extended Drilling (FED)（別看我，我不會翻譯，你們自行體會一下…）。

新方案的鑽孔過程有點像人類用螺絲起子，可以一邊旋轉著打洞一邊把鑽孔往裡送，從這個角度來說，好奇號的機器臂已經「進化」得更像人類的手臂了。

好奇號新的鑽孔採樣方案FED，兩根穩定器完全不要了，鑽孔的伸縮完全由機器臂控制。來源：NASA/JPL

但這在控制上的難度要高得多，畢竟推進裝置只能在一維方向上運動，而機器臂…雖然配備了力和扭矩感測器，但它…有五個自由度啊…

5、進 展

新方案經過了幾次測試。

2017年10月17日，好奇號的鑽孔機時隔十個月再次嘗試啟動！這次主要是為了測試機器臂的感測器，所以只是把機器臂連著鑽孔機一起從空中伸向地面並接觸地面，並沒有鑽孔採樣。

來源：NASA/JPL

2018年2月26日，驗證新方案。好奇號在Lake Orcadie鑽了一個約1厘米深的孔，這個深度雖然對科學採樣分析來說是不夠的，但從驗證方案的角度來說振奮人心。

來源：NASA/JPL

2018年5月中旬，地球上的好奇號副本機成功進行了完整的鑽孔演習，就差火星上再來一遍了。

來源：NASA/JPL

BUT！

勤勤懇懇的好奇號已經快要走出這片赤鐵礦區域了！

怎麼辦？！

好奇號團隊當機立斷，決定折返。

5月，好奇號往回走了一點，到達了薇拉·魯賓山脊的一處叫做Duluth的石塊。

點擊大圖查看~ 來源：NASA

2018年5月20日，又是激動人心的一天，好奇號火星車在Duluth石塊上打了一個約5.1厘米深的孔，並成功完成了採樣。

這是好奇號在2016年10月之後第一次成功完成鑽孔採樣。

6、打完洞以後怎麼辦？

這些打洞挖出來的岩石和土壤樣本，會被好奇號送到自己內部的兩個實驗裝置中進行進一步分析。

一個叫CheMin，可以理解為一台通過X射線分析礦物組成的「驗礦儀」。

這些不同地方的礦物成分和含量都是CheMin測的。來源：NASA

另一個叫SAM，是一套可以通過質譜儀分析採樣物成分的「試管」。它是整個好奇號火星車上占體積最大，設計最複雜的儀器。

好奇號鑽孔集的固體樣本被送入SAM中對應的「試管」（化學實驗杯）里之後，內部的「烤箱」會把試管中的樣本加熱到氣化（1100攝氏度），然後再用氦氣流把這些氣體「吹入」質譜儀中進行成分測定。

SAM的內部結構 (Voosen, Science, 2017)

至於這次採樣分析的結果嘛，目前還在處理中，說不定很快就能有個大新聞哦~

前情提要再來一遍：

關於2017年的好奇號總結，看這裡

→ 好奇號火星車的2017年終行記：紅色星球長路漫漫，永遠年輕，永遠好奇

關於作者：灰原哀博士（haibaraemily），從事行星科學研究。更多精彩，歡迎關注公眾號~

參考

Voosen, P. (2017). Mars rover steps up hunt for molecular signs of life. Science, 355(6324), 444-445.

https://mars.nasa.gov/msl/mission/whereistherovernow/?ImageID=9402

https://mars.nasa.gov/resources/7858/curiositys-first-14-rock-or-soil-sampling-sites-on-mars/

http://www.planetary.org/blogs/emily-lakdawalla/2017/0906-curiosity-balky-drill-problem.html

https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7070

https://mars.nasa.gov/msl/mission/mars-rover-curiosity-mission-updates/

https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7129

https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7137

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