下一代火星車在哪兒著陸？

自發(fā)走到一起的行星科學(xué)家們正在為下一代火星車平安駛過(guò)資金的泥潭和科學(xué)的荊棘而不懈地努力……

談到火星探測(cè)，地質(zhì)學(xué)家熱衷于巖石，而建造火星車的工程師們則正好相反。為此2007年10月底科學(xué)家們齊聚一堂來(lái)商討美國(guó)航宇局（NASA）的下一代火星車“火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”（MSL）究竟該在哪兒著陸（第二屆MSL著陸地點(diǎn)工作會(huì)議，關(guān)于第一屆會(huì)議的介紹可參見《太空探索》雜志2007年第9期第28頁(yè)）。在十幾輪的激烈投票之后，名單上的著陸地點(diǎn)所剩無(wú)幾。難怪此次會(huì)議的組織者不禁感嘆：“科學(xué)史上還有類似的情況發(fā)生過(guò)嗎？”

在此次MSL著陸點(diǎn)選址會(huì)議的最后，與會(huì)者把51個(gè)候選地點(diǎn)削減到了6個(gè)供NASA進(jìn)一步考慮。盡管投票的過(guò)程是民主的，但是最后的結(jié)果卻未必就一定是好的。上一次在為“勇氣”號(hào)選擇著陸地點(diǎn)的時(shí)候，同樣的投票卻把它送到了一片被誤認(rèn)為是古代湖床的熔巖地帶。這一次科學(xué)家們的目光不再局限于尋找火星上水的蹤跡，而是拓寬到了尋找那些在過(guò)去或者現(xiàn)在依然能儲(chǔ)存有機(jī)物的地方。因此現(xiàn)在擺在面前的最大問(wèn)題是哪兒可以著陸？

“最終剩下的6個(gè)著陸地點(diǎn)囊括了所有我們感興趣的類型，”NASA艾姆斯研究中心的地質(zhì)化學(xué)家大衛(wèi)·馬雷（David Des Marais）說(shuō)，“許多人為此做出了妥協(xié)，與會(huì)者積極地參與更是這一計(jì)劃成功的保證?！?008年8月，行星科學(xué)家們會(huì)再一次碰頭，商討出一個(gè)既安全又有科學(xué)價(jià)值的最終著陸地點(diǎn)。

新的挑戰(zhàn)

有5個(gè)探測(cè)器（全都來(lái)自美國(guó)）已經(jīng)成功著陸火星。其中前兩個(gè)——“海盜”號(hào)著陸器在70年代使用減速火箭成功著陸——在著陸地點(diǎn)選擇上近乎是聽天由命、束手無(wú)策。最近的兩個(gè)——“機(jī)遇”號(hào)和“勇氣”號(hào)火星車使用氣囊著陸——的著陸地點(diǎn)選擇則得益于對(duì)著陸風(fēng)險(xiǎn)和科學(xué)前景的長(zhǎng)期研究。在四次工作會(huì)議中，行星科學(xué)家們提出了185個(gè)著陸地點(diǎn)供“火星探險(xiǎn)漫游者”（MER）計(jì)劃挑選，然后根據(jù)對(duì)火星的最新觀測(cè)資料挑選出了兩個(gè)看上去最安全并且最具有科學(xué)意義的地點(diǎn)。例如，根據(jù)環(huán)火星探測(cè)器拍攝的更為詳盡的照片可以精確地估計(jì)出照片中看不到的但對(duì)于著陸器來(lái)說(shuō)卻是致命的巨石的數(shù)量。再由光譜可以找到那些含有只有在水中才能形成的赤鐵礦的地點(diǎn)。

這一由行星科學(xué)家們所支持的選址過(guò)程得到了豐厚的回報(bào)。兩輛火星車分別在火星兩側(cè)安全著陸，其著陸點(diǎn)環(huán)境與預(yù)期的基本一致?！皺C(jī)遇”號(hào)發(fā)現(xiàn)了大量的赤鐵礦，盡管這些赤鐵礦形成于含鹽的地下水中而不是原先認(rèn)為的湖床底部。另一方面，“勇氣”號(hào)的結(jié)果卻讓人大吃一驚。根據(jù)對(duì)古謝夫環(huán)形山底部地質(zhì)結(jié)構(gòu)的分析發(fā)現(xiàn)，“勇氣”號(hào)的著陸地點(diǎn)并不是預(yù)想的古代湖床，而是缺水的巖漿平原。最后它行駛到了附近的丘陵地帶卻在那里偶然地發(fā)現(xiàn)了難以解釋的曾經(jīng)和水相互作用的巖石。

這次，NASA將要發(fā)射的是火星車中的“悍馬”。MSL計(jì)劃服役2個(gè)地球年，重0.75噸（超過(guò)“機(jī)遇”號(hào)或者“勇氣”號(hào)的4倍），裝載9部?jī)x器設(shè)備（其中每一樣都為此專門設(shè)計(jì)，包括一臺(tái)激光巖石化學(xué)分析儀），采用核動(dòng)力。即使是著陸系統(tǒng)也是全新的。其著陸過(guò)程堪稱“驚心動(dòng)魄”，MSL將首次在下降的最后1500米使用繩索懸吊著陸。這一切將耗資17億美元。

火星科學(xué)家更樂(lè)意看到的是發(fā)射更多類似“機(jī)遇”號(hào)和“勇氣”號(hào)那樣廉價(jià)的火星車（各耗資4.1億美元），但這不是NASA的風(fēng)格，NASA現(xiàn)在要求每一個(gè)計(jì)劃都必須更大并且更好。很顯然MSL正好符合NASA的這一精神?！斑@是一個(gè)非常雄心勃勃的計(jì)劃，”美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）的MSL項(xiàng)目主管理查德·庫(kù)克（Richard Cook）在此次工作會(huì)議上說(shuō)。他說(shuō)，在會(huì)上工程師們商討著這一計(jì)劃所需要攻克的幾個(gè)難關(guān)，“在MSL上我們還有很多事情需要齊心協(xié)力”。

削減規(guī)模

并不是所有的問(wèn)題最后都能得到解決的。根據(jù)NASA最近一次對(duì)該計(jì)劃的評(píng)估，MSL預(yù)計(jì)將超支5000萬(wàn)～1億美元。其結(jié)果是，這一計(jì)劃不得不削減在儀器上的開支，并且將候選的著陸地點(diǎn)從12個(gè)縮減到5個(gè)?！拔覀兦宄匾庾R(shí)到選擇并且認(rèn)證一個(gè)著陸地點(diǎn)是多么的復(fù)雜和費(fèi)時(shí)，”庫(kù)克說(shuō)，而且最終會(huì)變得費(fèi)錢。對(duì)“鳳凰”號(hào)著陸地區(qū)致命巖石的新成像觀測(cè)顯示，“鳳凰”號(hào)將不得不重新選擇著陸地點(diǎn)。

MSL著陸地點(diǎn)的遴選過(guò)程持續(xù)大約2天，每個(gè)人有15分鐘的演講時(shí)間，然后是討論和投票。任何人只要你有著陸地點(diǎn)提案（以及旅費(fèi)），你就可以在MSL指導(dǎo)委員會(huì)成員、其他提案人、受邀專家和對(duì)之感興趣的行星科學(xué)家以及他們的研究生面前陳述你的想法。隨后的討論則一方面專注于著陸地點(diǎn)的科學(xué)前景，另一方面專注于其在工程技術(shù)上的限制。緊接著就是投票：針對(duì)四個(gè)科學(xué)問(wèn)題就每個(gè)地點(diǎn)亮紅、黃、綠牌。伴隨著一些善意的玩笑，投票人會(huì)就每個(gè)地點(diǎn)發(fā)表自己的看法。

結(jié)果是黃牌占了大多數(shù)。盡管嚴(yán)格來(lái)說(shuō)投票是圍繞著陸地點(diǎn)的科學(xué)前景而不是火星車的物理性能展開的，但是投票有時(shí)候確實(shí)參雜了新的工程上限制的因素。例如，工程師們?cè)瓉?lái)計(jì)劃使用一種特殊的干性潤(rùn)滑劑來(lái)保證驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及搭載儀器的機(jī)械臂可以在-150℃下正常工作（這一溫度遠(yuǎn)低于MER-50℃的極限）。MSL計(jì)劃主管邁克爾·沃特金斯（Michael Watkins）在工作會(huì)議上說(shuō)，實(shí)驗(yàn)顯示這種新型干性潤(rùn)滑劑的壽命只有預(yù)期的20%。如果重新使用濕性潤(rùn)滑劑，那么就會(huì)排除一個(gè)候選的著陸地點(diǎn)，并且讓那些緯度高于25°的地點(diǎn)變得岌岌可危。

火星車的機(jī)動(dòng)性也沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的要求。在第一次工作會(huì)議（見《太空探索》雜志2007年第9期第28頁(yè)）中許多科學(xué)家提出了先在直徑20千米的平坦安全地帶著陸然后駛向無(wú)法著陸的探測(cè)區(qū)域的方案。

但是在這次工作會(huì)議上，沃特金斯報(bào)告說(shuō)，基于進(jìn)一步的考慮，項(xiàng)目工程師預(yù)期MSL的機(jī)動(dòng)性會(huì)和MER差不多，達(dá)到每天200米左右，而不是原先計(jì)劃的每天500米。最終，MSL必須使用放射性同位素?zé)犭姲l(fā)生器來(lái)給它的電池充電，并由電池來(lái)提供動(dòng)力，而不是直接由放射性同位素?zé)犭姲l(fā)生器來(lái)驅(qū)動(dòng)。沃特金斯說(shuō)，我們要求科學(xué)探測(cè)目標(biāo)必須在著陸區(qū)中心方圓10千米之內(nèi)。這限制封殺了一些候選地點(diǎn)，并且使得提案人爭(zhēng)先恐后地尋找各自著陸區(qū)域的地質(zhì)學(xué)賣點(diǎn)。

一些與會(huì)者大聲質(zhì)疑，是不是地質(zhì)學(xué)家們太專注于圖像資料了。美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)的光譜學(xué)家史蒂文·拉夫（Steven Ruff）說(shuō)，這可能會(huì)造成“第二個(gè)古謝夫環(huán)形山”。他說(shuō)，一些地質(zhì)學(xué)家把層狀巖解釋成湖水底部的沉積物，然而沒(méi)有討論盡管科學(xué)意義不大但卻極有可能的其他情況，例如火山灰層。這些考慮能巧妙地剔除不曾有水流過(guò)的層狀盆地。

礦物學(xué)而不是地質(zhì)學(xué)才是最終的主要判據(jù)。絕大多數(shù)與會(huì)者把目光集中在搜尋粘土上，因?yàn)樗撬突鸪蓭r相互作用的產(chǎn)物，被當(dāng)成是長(zhǎng)期有水存在的一個(gè)信號(hào)。同時(shí)這也是一個(gè)可能存在生命的征兆，因?yàn)檎惩量梢蚤L(zhǎng)時(shí)間地承載有機(jī)物。任何一個(gè)缺乏存在粘土特征的候選著陸點(diǎn)都將面臨出局的結(jié)果。

一些人覺得這一要求可能有點(diǎn)苛刻了。許多地質(zhì)生物化學(xué)家和天體生物學(xué)家—與會(huì)者中最小的群體—覺得人們太看重粘土了。他們說(shuō)，存在粘土固然很好，但這并不就意味著一切。舉個(gè)例子，在形成于古代火星地殼中的粘土里尋找到早期生命的可能性遠(yuǎn)沒(méi)有形成于火山湖三角洲中的粘土大。美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校的天體生物學(xué)家唐·薩默（Dawn Summer）指出，在首輪投票中境況慘淡的弗納爾環(huán)形山（Vernal Crater）就是由于一層薄薄的塵埃阻擋了光譜信號(hào)，因此科學(xué)家們無(wú)法判斷那里到底有沒(méi)有粘土。但是弗納爾環(huán)形山的提案人、NASA約翰遜空間中心的行星科學(xué)家卡爾頓·艾倫（Carlton Allen）卻注意到了那里存在湖底沉積物、湖岸、河床甚至是高溫泉水沉積物的證據(jù)?！斑@些東西極其重要，”薩默說(shuō)，“我給弗納爾環(huán)形山亮的全是綠牌?！钡牵乱惠喌耐镀边€是把弗納爾環(huán)形山擋在了前十名之外。

在最后的議程中，工作會(huì)議又以探測(cè)到生命的可能性過(guò)低或者著陸地點(diǎn)科學(xué)意義不大為由剔除了4個(gè)候選地點(diǎn)，這樣最后只剩下了6個(gè)著陸地點(diǎn)。這剩下的6個(gè)地點(diǎn)對(duì)工程技術(shù)的要求已接近了目前可以達(dá)到了極限。計(jì)劃要求最后的候選著陸地點(diǎn)中有2個(gè)可以證明是安全的，但是就目前對(duì)潛在危險(xiǎn)的分析表明，目前還沒(méi)有一個(gè)著陸地點(diǎn)能完全達(dá)標(biāo)。最后的6個(gè)候選地點(diǎn)中有3個(gè)是前火山湖，這些是最受青睞的地點(diǎn)。但是其中有2個(gè)太靠南，這樣火星車著陸之后可能有1/3的時(shí)間不得不處于冬眠狀態(tài)。其他2個(gè)則是廣受地質(zhì)學(xué)家們歡迎的地殼粘土地點(diǎn)，但是天體生物學(xué)家對(duì)此心存疑議。不過(guò)，薩默說(shuō)：“結(jié)果還是比我預(yù)期的要好?！弊詈笫Ｏ碌牟煌愋偷闹懙攸c(diǎn)將會(huì)考驗(yàn)NASA的工程師們，也許他們會(huì)告訴我們究竟哪些地方MSL能去，哪些不能。