史上最贵的火星任务 Curiosity（中译「好奇号」）火星探测车，即将在本地时间今天中午左右开始它的「惊险七分钟」，瞄準火星赤道附近的盖尔撞击坑进行着陆。无论是探测车的设计、搭载的仪器、进行的任务还是降落的方法，Curiosity 都是火星探测史上当之无愧，最有野心的一个计画。在降落进入最后倒数的同时，让我们一起来看看这台有高尔夫球车大的探测车到底厉害在哪里吧！
更新：Curiosity 撑过了超複杂的着陆过程，在本地时间八月六的下午 1:33 顺利着陆！Curiosity 并已传回第一张照片，证明应该大部份的机具应该都是正常运作的。

Curiosity 原名「火星科学实验室（Mars Science Laboratory），是美国太空总署（NASA）的第三代火星探测中，也是目前为止最大的一台。第一代的旅居者（Sojourner）探测车大约只有台微波炉大，随着火星探路者（Mars Pathfinder）任务一同于 1997 年着陆火星，主要是做为技术测试平台使用，为后来的任务铺路。旅居者一共在火星上跑了 83 个火星日，总行进距离约 100 公尺左右（但从没有离开 Pathfinder 的周围），拍回了 550 张的照片。
第二代的火星探测车，就是精神号和机会号这两个我们网站的常客。两台探测车长得一模一样，在设备完全开启时高 1.5m，宽 2.3m，长 1.6m；是相当大台的探测车，也是首个没有「基地」，所有的通讯、仪器全部带在车子上的火星探测任务。精神号和机会号以长寿出名，靠着地球上科学家的努力，2004 年着陆的精神号一直撑到 2010 年三月才寿终正寝，任务总长是预定长度 90 火星日的 21.6 倍；而晚它三礼拜着陆的机会号，则依然在火星上努力着，在一个名为奋进撞击坑的陨石坑附近徘徊观测，总共行进的距离已长达 34.5 公里。
有这幺些名声显赫的前辈，Curiosity 肩上的压力自然不小。做为第三代的机种，Curiosity 有着从精神号和机会号上学来的大量经验供参考，而设计上最主要的差异，就是将电力的来源从太阳能换成了核热能 -- 精神号和机会号因为天气的缘故常常太阳能板上会积沙尘，让科学家们常常不得不精打细算地计算每天可以跑多远、开多少仪器，而採用核热能的 Curiosity 就没有这个麻烦，不论什幺天气、季节都能正常运作。此外，Curiosity 比前辈们又要大上不少，长度有三公尺左右，重量更是重达 900 公斤。这体型和轮胎大小，意味着 Curiosity 每小时最多能跑 90 公尺，并翻过高达 75 公分的障碍物。

好奇号的基本任务和前辈们并无二致，只是因为它的体型，所以能对更大的範围做更详细的研究。在地质上分析火星的地形和矿物，以判断火星是否有水的存在，以及水是否在地形形成的过程中扮演着角色；在气候上分析火星大气的历史；当然还有最重要的，试图找出火星是否有生命存在。除了这几个之外，Curiosity 还在飞向火星的路途上测量受到的总辐射强度，做为未来人类探测火星时的参考。

Curiosity 的 RTG 模组

前面有提到 Curiosity 的电力来源不是太阳能，而是「放射性同位素热发电机（Radioisotope Thermoelectric Generator，简称 RTG）」。Curiosity 的 RTG 其实与其说是发电机，它和电池还比较接近，利用钸-238（这是一个没有核分裂能力的钸同位素）在自然衰变的过程中释放出来的热，再转换成电力来发电。Curiosity 上的模组在任务初期可以可靠地在任何状况下提供约 125 瓦的输出，这个数字会随着燃料的衰变而逐年降低，但 14 年后应该还有 100 瓦。这让 Curiosity 任务期间的每日总发电量大约在 2.5 度（瓩小时）附近，比精神号和机会号的 0.6 度要高出许多。

Curiosity 的主控电脑採用的是以 IBM 的 PowerPC 750 为基础的 RAD750 处理器，时脉大约是 200MHz，一共有 256K 的 ROM、256MB 的 RAM、2GB 的快闪记忆体记忆体。这规格好像和前两年的低端手机相当，比智慧型手机是要弱多了。但你的手机上不了太空，是吧？

至于相机，Curiosity 带了四个，都是採用相同的 1600x1200 像素感光器，并且有 720/10p 的录影能力。装在立着的桅桿上就有两个，一个中焦段定焦、一个望远定焦。本来承包商开发好了变焦镜头的，但可惜因为测试时间不足，最后没能安装上去。第三颗装在延伸出去的手臂上，是一颗用来近距离拍摄石头用的微距镜相机；而第四颗则是装在 Curiosity 的肚子底下，司职在降落过程中持续拍摄下方的地形，在整个过程中最多以拍到 4000 张相片，作为之后在火星上漫游时的参考。此外，Curiosity 还有在四个角落各装有一颗避开障碍用的黑白摄影机，以及在桅桿上有另两个黑白的导航用相机。

科学仪器的部份，Curiosity 有四个光谱仪，包括首见的镭射光谱仪，用高能镭射在远达七公尺外气化分析目标，在分析过程中发出的强光；另三个是比较传统的 Alpha 粒子 X 光光谱仪、分析晶体结构的 X 光散射分析设备、以及分析气体用的气相光谱仪。这些仪器提供了 Curiosity 地质分析的能力，而其他器材则以大气分析及天气纪录为主。

如同前面所说的，Curiosity 着陆的过程被 NASA 称为是「惊险七分钟（Seven minutes of horror）」，因为从火星大气层上空开始到着陆为止，一共只有七分钟的时间，但是地球上的信号要抵达火星却要 14 分钟 -- 换言之，等到地球这边得到确认 Curiosity 已经开始着陆的同一时间，Curiosity 究竟着陆成功与否就已经是定数了。整个过程当中地球人是完全无能为力，只能看 Curiosity 上的自动系统是否能顺利完成工作。
基于 Curiosity 的体型和重量，前两代车子使用的「安全气囊弹跳着陆法」已经不适用，而传统的火箭反推着陆法则因为担心扬起的粉尘会损坏仪器，也被放弃。因此科学家不得不重新为 Curiosity 设计一种複杂无比的新着陆方式。

第一步是利用火星的大气层来减速 -- 这部份和地球上载人火箭返回时的方法没有什幺不同，一个特别设计的隔热盾在降落的过程中提供保护，将外面高达摄氏 2100 度的高温隔离。从 80km 的高空，一直到 11km 的高度为止，都由隔热盾产生的阻力来减速，同时提供一定程度的导航，可惜火星的大气密度终究是不如地球，无法像太空梭那样滑翔着陆，因此下一步就要靠降落伞来接手了。

但 Curiosity 的降落伞也不是什幺普通的降落伞，而是可以撑着两倍音速的压力的特别设计。这个降落伞与前一代的设计相同，但面积大了一倍多。到了 8km 的高度时，Curiosity 已经被减速到约每小时 500 公里的时速，此时下面的隔热盾会脱离，露出前面提到，负责拍摄地面景象的相机和六道测量高度的雷达波。这些雷达波提供的高度数据对下一个阶段来说至关重要。

隔热盾脱离后约 80 秒，是这个着陆过程最刺激的部份 -- Curiosity 脱离降落伞，开始自由落体。此时的高度约为 1.6km，时速大约是 225 公里左右，载着 Curiosity 的着陆装置在离开降落伞一小段距离后会先发射横向火箭，避免进一步减速的过程中和降落伞又撞在一起，随后发射向下的垂直火箭，将 Curiosity 在离地 20 公尺左右时进一步减速到基本上接近飘浮在半空中。
如果是传统的火箭着陆的话，只要一直发射到落地就好了，但 Curiosity 为了避免仪器受损，还不得不再经过一道程式 -- 这时候，一组长长的缆绳会开始将 Curiosity 垂吊下来直到安然落地为止。得知 Curiosity 已经落地的着陆装置这时候会自行断开缆绳飞向一侧，避免撞上刚降落的 Curiosity。最后再将电脑从降落模式切换成地表模式，就大功告成啦！

目的地的盖尔撞击坑

从上面的描述，就可以大概了解到整个过程的複杂与技术上的困难。假设真的一切顺利的话，在地球上的我们会约近 14 分钟后收到第一份确认信号，但因为火星的自转的关係，接下来地球就会「下山」，不再能直接与火星通讯，接下来的信号都要经由在火星轨道的人造卫星代为转发。Curiosity 接下来会在原地呆大概五天的时间将桅桿和机器手臂伸出、做自我检查，确定没有任何仪器或零件在降落的过程中受损、并且观看四周，确定轮子底下的状况。Curiosity 选择的着陆点应该没有什幺特别麻烦的地形，但如果运气不好，刚好一只脚放在颗大石头上的话，科学家也要能研空出怎幺安全地将它开出来才行。最后，就是确认所在的精确位置（在没有 GPS，天上的卫星也看不到它的情况下，这工作没有想像中容易呢），然后就可以出发啦！
Curiosity 的主要任务期是一个火星年，或差不多地球的两年（準确的说，687 天），以探测盖尔陨石坑和周边为主。当然，在这个阶段没人敢对 Curiosity 的未来打什幺包票，但考虑到机会号在八年后依然老当益壮，Curiosity 的未来应该很能令人期待才是。
不过这一切都建立在它能不能撑过「惊险七分钟」的前提之下，所以 Curiosity，加油！

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