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音频科普：美国第一辆火星车旅居者是怎样成功的？
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音频科普：美国第一辆火星车旅居者是怎样成功的？
1989年柏林墙被拆除，象征着苏联社会主义阵营开始解体，标志着美苏两国冷战结束。随之而来的是美国政府在太空任务方面的投入缩减。新上任的美国宇航局局长（Dan Goldin）告诉大家，如果不改革，那么5年后，美国宇航局将不复存在。将来美国宇航局的任务都要完成得更快，更好，更便宜。必须激发出研究团队的技术创新力。
于是有了探路者计划。使得火星在1997年7月4日迎来了第一辆能够在火星上成功行驶的车，旅居者号（Sojourner），虽然大小只有微波炉那么大。它是随探路者着陆器（Pathfinder）而来。只花费了1.5亿美元，是之前海盗任务的20%。虽然海盗号着陆器很成功，但那只是对火星的单向探测。而探路者为探测火星开启了新方式，就是双向的。火星车边行走，边传回信息，而后等待地面科学家分析信息，接收指令，再前进。旅居者号创造出用火星车探测火星的新技术和新方式，带来了后续的勇气号、机遇号和好奇号火星车陆续登陆火星，2020年还将发射的火星2020火星车。
要成功降落到火星上，最关键的阶段就是进入（Entry），下降（Decent）和着陆（Landing）。
团队设计了多种方案，不断地建造，实验，损坏，修复。再重新开始。最大的创新就是使用了气囊。
旅居者着陆开始，着陆器以每小时16000英里的速度进入火星大气层，着陆器外面有很好的隔热保护罩，靠与大气摩擦，减速到每小时900英里，然后，降落伞打开，接着保护罩下面打开，弹走，然后放下绳子，气囊充气，几秒中后，着陆器以每小时50英里的速度落到火星表面，被弹起几层楼高，再落回地面，再弹起，几个回合后，着陆器停下来，气囊放掉气，打开，天线竖起，向地面传回信号：着陆器依旧完好！
但是，在降落到火星上之前，不是所有环节都能进行真实模拟实验，其中就包括降落伞。在地球上无法模拟火星大气，测试降落伞的减速情况。如果降落伞工作正常，那么，接下来的难点是知道在什么时候给气囊充气，在落地前几秒钟气囊必须充好气。开始的设计是绳子底部有传感器，但不起作用，于是加上了雷达，但又出现了新问题，当绳子放下来后，不停地摆动，雷达测出的数据也是变化的。后来，又加上了反向火箭，使速度降得更低。就这样，不断改进，不断加进新的减速手段。最后的难题是充气气囊本身。用当时最强大的计算机，设计气囊，模拟气囊的受力和运动，并模拟降落火星整个环节和过程，发现对有些部分考虑得不够细致，其中就包括充气气囊。设计团队发现，它们对气囊涉及到的物理知识有90%不了解，对降落到火星的探路者有50%不了解。当时技术方面临的最大问题就是控制质量。不是发送多少质量到火星，而是能让多少质量安全降落到火星上。质量越大，惯性越大，降落到火星时，减速就越难。所以，每增加1克，都要仔细斟酌。为了控制质量，团队领导威胁火星车设计人员，谁增加了质量，谁就可能被开除。十分苛刻，十分有挑战性，但是他们做到了。
落到火星上，气囊停止弹跳、滚动后，气囊中的气就被放掉，而后，气囊打开，露出里面的仪器设备。竖起的第一个设备是相机，找到太阳，根据太阳，确定地球的方向，然后将天线对准地球，发回在火星上的拍摄的第一张照片。在地面测试时，除了要控制好火星车自己，还要不断测试太阳、火星、地球的位置。
相机距离火星表面大约1米高。竖起的时间不到1秒钟。相机为火星拍摄广角照片，以火星探路者为中心，拍摄一周，带有23种滤光片，用来分析火星地面物质的组成成分，探测火星大气的性质。
气囊放掉气以后，收缩，着陆器三片像花瓣一样的叶片打开，旅居者号位于一个叶片上。坡道展开，好让旅居者号顺利通过围绕在探路者号周围的气囊，此时，旅居者号从固定平台上脱开，主动轮向后行驶，其他轮子锁住不动，整个车身站立起来，同时车上设备准备好，之后，车就从坡道上开下来。车轮设计得可以跨越障碍，即使比车轮大，比车轮高的石块也能开过去。车开过后，留下很明显的车轮行驶的痕迹。车可以自己判断距离着陆器有多远。
旅居者投入很小，技术创新不是很大，但极具前瞻性，开拓性，成功后，使后续可以做更多更重要的事。喷气推进实验室正在研制的火星直升飞机也是这样的技术。20年后，人们也许谈论更多的是如何用火星气球、火星飞机探测火星。
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于是有了探路者计划。使得火星在1997年7月4日迎来了第一辆能够在火星上成功行驶的车，旅居者号（Sojourner），虽然大小只有微波炉那么大。它是随探路者着陆器（Pathfinder）而来。只花费了1.5亿美元，是之前海盗任务的20%。虽然海盗号着陆器很成功，但那只是对火星的单向探测。而探路者为探测火星开启了新方式，就是双向的。火星车边行走，边传回信息，而后等待地面科学家分析信息，接收指令，再前进。旅居者号创造出用火星车探测火星的新技术和新方式，带来了后续的勇气号、机遇号和好奇号火星车陆续登陆火星，2020年还将发射的火星2020火星车。
要成功降落到火星上，最关键的阶段就是进入（Entry），下降（Decent）和着陆（Landing）。
团队设计了多种方案，不断地建造，实验，损坏，修复。再重新开始。最大的创新就是使用了气囊。
旅居者着陆开始，着陆器以每小时16000英里的速度进入火星大气层，着陆器外面有很好的隔热保护罩，靠与大气摩擦，减速到每小时900英里，然后，降落伞打开，接着保护罩下面打开，弹走，然后放下绳子，气囊充气，几秒中后，着陆器以每小时50英里的速度落到火星表面，被弹起几层楼高，再落回地面，再弹起，几个回合后，着陆器停下来，气囊放掉气，打开，天线竖起，向地面传回信号：着陆器依旧完好！
但是，在降落到火星上之前，不是所有环节都能进行真实模拟实验，其中就包括降落伞。在地球上无法模拟火星大气，测试降落伞的减速情况。如果降落伞工作正常，那么，接下来的难点是知道在什么时候给气囊充气，在落地前几秒钟气囊必须充好气。开始的设计是绳子底部有传感器，但不起作用，于是加上了雷达，但又出现了新问题，当绳子放下来后，不停地摆动，雷达测出的数据也是变化的。后来，又加上了反向火箭，使速度降得更低。就这样，不断改进，不断加进新的减速手段。最后的难题是充气气囊本身。用当时最强大的计算机，设计气囊，模拟气囊的受力和运动，并模拟降落火星整个环节和过程，发现对有些部分考虑得不够细致，其中就包括充气气囊。设计团队发现，它们对气囊涉及到的物理知识有90%不了解，对降落到火星的探路者有50%不了解。当时技术方面临的最大问题就是控制质量。不是发送多少质量到火星，而是能让多少质量安全降落到火星上。质量越大，惯性越大，降落到火星时，减速就越难。所以，每增加1克，都要仔细斟酌。为了控制质量，团队领导威胁火星车设计人员，谁增加了质量，谁就可能被开除。十分苛刻，十分有挑战性，但是他们做到了。
落到火星上，气囊停止弹跳、滚动后，气囊中的气就被放掉，而后，气囊打开，露出里面的仪器设备。竖起的第一个设备是相机，找到太阳，根据太阳，确定地球的方向，然后将天线对准地球，发回在火星上的拍摄的第一张照片。在地面测试时，除了要控制好火星车自己，还要不断测试太阳、火星、地球的位置。
相机距离火星表面大约1米高。竖起的时间不到1秒钟。相机为火星拍摄广角照片，以火星探路者为中心，拍摄一周，带有23种滤光片，用来分析火星地面物质的组成成分，探测火星大气的性质。
气囊放掉气以后，收缩，着陆器三片像花瓣一样的叶片打开，旅居者号位于一个叶片上。坡道展开，好让旅居者号顺利通过围绕在探路者号周围的气囊，此时，旅居者号从固定平台上脱开，主动轮向后行驶，其他轮子锁住不动，整个车身站立起来，同时车上设备准备好，之后，车就从坡道上开下来。车轮设计得可以跨越障碍，即使比车轮大，比车轮高的石块也能开过去。车开过后，留下很明显的车轮行驶的痕迹。车可以自己判断距离着陆器有多远。
旅居者投入很小，技术创新不是很大，但极具前瞻性，开拓性，成功后，使后续可以做更多更重要的事。喷气推进实验室正在研制的火星直升飞机也是这样的技术。20年后，人们也许谈论更多的是如何用火星气球、火星飞机探测火星。
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