“好奇”號(hào)到火星有多難

美國(guó)航空航天局的“好奇”號(hào)，經(jīng)歷8個(gè)多月的漫長(zhǎng)旅程，于2012年8日6日成功著陸火星。長(zhǎng)久以來(lái)，美國(guó)航空航天局一直籠罩在大幅削減預(yù)算的低迷氣氛之中。這次的火星探秘之旅，終能得以揚(yáng)眉吐氣。

登陸火星，到底有多困難呢？首先來(lái)談?wù)劵鹦桥c地球間的距離。如以光行時(shí)間來(lái)表述，則會(huì)看到比較實(shí)際的數(shù)字。在1秒時(shí)間內(nèi)，光可以繞行地球表面7.5圈，這與地球到月球的距離相接近。從地球到太陽(yáng)表面，光行時(shí)間約需8分鐘，約為地球到月亮距離的500 倍。

火星與地球間的距離，會(huì)隨著兩者繞日運(yùn)行的相對(duì)位置而變化：最遠(yuǎn)的光行距離是22 分鐘，最近的光行距離是3分鐘。“好奇”號(hào)登陸火星選擇的位置，兩星球間相距15分鐘的光行距離，也就是從地球到月亮的行程的900 倍左右。哇，真遠(yuǎn)！

以上，只是從距離來(lái)看。倘若從技術(shù)上來(lái)看，那將會(huì)有多困難呢？我不是太空專(zhuān)家，無(wú)法詳細(xì)說(shuō)明這一趟太空之旅，但我可以用物理力學(xué)的原理給大家分析一下。當(dāng)“好奇”號(hào)抵達(dá)火星預(yù)定的軌道時(shí)，它的速度、飛行角度、與火星間的距離，都必須根據(jù)牛頓力學(xué)定律精確計(jì)算。只有這樣，火星引力方能剛好“抓住”“好奇”號(hào)，使它在預(yù)定的軌道上環(huán)繞火星飛行。

若火星引力過(guò)強(qiáng)，“好奇”號(hào)將會(huì)墜向火星；反之，若引力稍弱， 則會(huì)因?yàn)樽ゲ蛔　昂闷妗碧?hào)，使它離火星而去，奔向無(wú)垠浩瀚的太空。那么，這類(lèi)情況發(fā)生時(shí)，遠(yuǎn)在地球的太空控制中心可否實(shí)時(shí)發(fā)出信號(hào)，來(lái)調(diào)整飛行器的狀態(tài)呢？很抱歉，遠(yuǎn)水難救近火！信號(hào)一來(lái)一回約需0.5小時(shí)，太久了！所以，一切都要依靠飛行器本身的軟、硬件，實(shí)時(shí)自行搶救，迅速處理。

將探測(cè)器送上火星要比將它送上月球艱難得多。從歷史上送探測(cè)器上月球的例子，可以一窺其難度。從1961年起，人類(lèi)總共送出了若干枚月球探測(cè)器，依次被命名為“徘徊者1”“徘徊者2”……“徘徊者1”“徘徊者2”探測(cè)器是繞著月球軌道運(yùn)行。從“徘徊者3”開(kāi)始，他們讓探測(cè)器“自殺”式地（受制于月球引力）朝著月球壯烈地沖去，在俯沖的過(guò)程中拍攝月球的容貌，并將照片傳回地球。前六架“自殺機(jī)”，全都“壯志未酬身先死，長(zhǎng)使NASA （美國(guó)航空航天局簡(jiǎn)稱）淚滿襟！”第七架“自殺機(jī)”“徘徊者7”終于在墜毀之前，成功地傳回7000 多張照片。

美國(guó)航空航天局在興高采烈之余，一直在思索：這一回為什么能夠這么順利呢？不久，有人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)“徘徊者7”不顧一切地向月球投懷送抱時(shí)，月球任務(wù)控制中心的一位工作人員在不停地啃花生，企圖壓制他緊張的心情。大家推測(cè)，大概是這個(gè)不尋常的舉止帶來(lái)了好兆頭。此后，每當(dāng)執(zhí)行外層空間任務(wù)時(shí)，都會(huì)有人帶花生來(lái)啃，而且不會(huì)有人反對(duì)！

從以往的火星探秘之旅也能體會(huì)進(jìn)行火星之旅的困難程度。1960 年初期，火星探秘之旅拉開(kāi)了序幕，是蘇聯(lián)先發(fā)動(dòng)的。到1971 年，他們?cè)?1個(gè)年頭中總共嘗試了11 次，基于種種原因一一鎩羽而歸。事實(shí)上，所有探測(cè)器都是“有去無(wú)歸”。1971 年，科學(xué)家好不容易成功地送上一枚繞行火星的飛行器，也將登陸車(chē)送上了火星，然而登陸車(chē)僅僅存活了短短的20 秒就香消玉殞了。1973 年，蘇聯(lián)宇航局又送上了一枚繞行火星的飛行器，它終于傳回60 張照片。但是很不幸，這枚飛行器也只維持了短短的9天就一命嗚呼了！到1996 年為止，他們先后嘗試了數(shù)次火星探秘之旅，依然是全軍皆沒(méi)、灰頭土臉！

在火星軟著陸的難度比在地球上大百倍以上。這是因?yàn)榛鹦遣幌竦厍颍瑳](méi)有由氧、氮及充沛的水汽等組成的大氣層。由于火星質(zhì)量輕、引力弱，其大氣層非常薄。因此，要等到“好奇”號(hào)到達(dá)很低的低空時(shí)，降落傘才能啟用，留給開(kāi)傘的時(shí)間非常短，而火星大氣能提供的浮力也很微弱。

在火星引力的作用下，“好奇”號(hào)迅速向著火星飛奔而去，在抵達(dá)火星大氣層的頂部時(shí)，其速度已經(jīng)達(dá)到每秒5.9千米，是現(xiàn)代步槍子彈剛出槍口時(shí)速度（每秒1.2千米）的近5倍。而“好奇”號(hào)本身的質(zhì)量與汽車(chē)不相上下，要使它在到達(dá)火星表面前減速到零，是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的工作。

2004 年著陸火星的登陸車(chē)“勇氣”號(hào)，是包裹在一個(gè)巨大的氣球內(nèi)著陸的，依靠氣球的彈性緩解著陸時(shí)遇到的碰撞。經(jīng)過(guò)多次彈跳之后，“勇氣”號(hào)終于成功著陸。“勇氣”號(hào)最后一次與地球通訊是在2010 年，此后便失去了聯(lián)絡(luò)，這比美國(guó)航空航天局預(yù)估的壽命長(zhǎng)了20倍。2011 年，美國(guó)航空航天局最終放棄了使它復(fù)蘇的嘗試，還一本正經(jīng)地為它舉辦了一次告別儀式，猶如對(duì)待一位忠貞的烈士。

以往的火星登陸車(chē)如微波爐般大小，而“好奇”號(hào)體積大質(zhì)量重，好比一輛SUV，因此不能故技重施，采用彈跳的方式著陸。美國(guó)航空航天局采用了一連串的手法。整個(gè)著陸的過(guò)程，像耍特技一樣，絕招一環(huán)扣一環(huán)，任何一個(gè)小環(huán)節(jié)出錯(cuò)，都會(huì)全盤(pán)皆輸。當(dāng)它成功著陸時(shí)，那些控制中心的人像小孩子般高興得又蹦又跳。局外人很難體會(huì)他們一路走來(lái)的艱辛，以及成功的喜悅。“好奇”號(hào)登陸成功之際，恰逢美國(guó)經(jīng)濟(jì)危機(jī)。一位記者在報(bào)刊上感嘆地寫(xiě)道：“美國(guó)有這么多絕頂聰明的科學(xué)家與工程師，完成了如此艱巨的任務(wù)，為什么對(duì)簡(jiǎn)單的國(guó)家經(jīng)濟(jì)問(wèn)題卻束手無(wú)策呢？”

除了美俄兩國(guó)之外，日本也于1998 年嘗試過(guò)一次火星之旅，但飲恨失敗。2003 年，歐空局也嘗試過(guò)，雖然飛行器成功地實(shí)現(xiàn)了繞著火星的飛行，但是登陸車(chē)依舊失敗了。