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在火星上寻找生命迹象

Perseverance CameraPerseverance Camera

火星上曾经存在过液态水和大气层,那么是否也曾存在生命呢?为了能够回答这一最根本的问题,美国国家航空航天局向火星派出迄今为止最为复杂的“毅力号”(Perseverance) 探测车。

如今,火星探测任务看似已经步入常规,但一如既往,仍然只有少数系统能战胜一路的艰难险阻,并毫发无伤地顺利登陆火星表面。比如在2016年,欧洲航天局 (ESA) 就不得不经历这样一个痛苦的时刻:Schiaparelli探测器在准备登陆红色星球时不幸坠毁。令人欣慰的是NASA至今已向火星成功发射四架机器人探测器。“毅力号”探测车是NASA派出的第五架探测器:这台探测器于2021年2月18日顺利登陆火星,在人类火星探测历史写下浓墨重彩的一笔。 

但要等到人类能够真正登陆火星,可能还需要很长时间。因此,我们必须派出机器人先遣队来完成必要的工作,“毅力号”本次也肩负重任。这架探测车降落在曾经充满水的杰泽罗火山口 (Jezero Crater),它的任务是调查这个区域在过去是否有适宜的居住条件。同时,探测车也会搜索古生命的迹象,即所谓的生物特征。为此,探测车上装备不同的测量仪器。

“毅力号”的第三项任务就是通过一项技术演示为将来人类进行探测任务铺平道路:一台名为MOXIE的设备会从火星大气中提取少量氧气。这项技术对于将来的载人探测任务至关重要,毕竟人类需要氧气才能呼吸,而且氧气同时也可以用作燃料。 

生命的奥秘

现在,让我们来了解一下最艰巨、技术要求最高的第四项任务:“毅力号”需要采集多达30个火星土壤样本,将其分别装入容器中并密封,最后还需要将它们放置在合适的地点,以便在之后的任务中收集并带回地球。科研人员梦寐以求的,就是得到纯净的火星土壤样本,并采用最先进的仪器设备对其进行分析和检验。就像NASA描述的那样:这些样本或许能解释太阳系中生命的基础和起源。

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钻头采集土壤样本。

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要完成采集样本的工作,三套系统必须密切合作:首先,由位于探测车前部的大型机械臂钻入火星岩层并采样,然后将样本插入转盘中。转盘随即将样本传送到探测车内。到达探测车内部后,便由第三套系统接管样本。这套系统也是一个机械臂,但是一条名为SHA的小型机械臂。这条机械臂从转盘中取出样本、进行体积和图像检查,然后将样本送到密封站进行密封,最后送达临时存储位置——所有步骤都全自动完成。

这里便是maxon发光发热的舞台。因为在处理样本的过程中,需要用到多台BLDC电机。电机主要安装在用来在各个工作站之间传送样本的SHA机械臂中,用于密封和放置样本容器。

成功的秘诀与以往相同

就像之前已在火星上服役完毕的100多台maxon驱动装置一样,“毅力号”探测车上的电机也以标准目录产品为基础:具体是九台EC 32 flat型号的无刷DC电机以及一台EC 20 flat型号的电机,并与一台行星齿轮箱GP 22 UP组合。当然,在标准目录产品基础上必须进行相应的调整,以满足火星探测任务的高要求。但这些驱动装置的基本结构与地球上所有领域中应用的型号并没有区别。

“毅力号”探测车上搭载十台无刷DC电机:九台EC 32 flat(上)和一台EC 20 flat,与一台行星齿轮箱GP 22 UP组合。

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“我们从与JPL的合作中获益良多”

在三年的时间里,maxon的工程师们与专为NASA开发和管理无人飞行器太空探索项目的喷气推进实验室 (JPL) 密切合作,对驱动器和齿轮箱进行持续改进和反复测试。JPL的太空专家们经常从美国帕萨迪纳飞往位于瑞士的电机专业公司总部进行交流。“我们从这项合作中获益良多,”maxon公司SpaceLab主管Robin Phillips说。这具体体现在质量标准的提高以及创新的测试程序和流程中。“这也为其他领域的客户带来极大的益处,例如部分行业要求与航空航天领域类似的医疗行业。”

Phillips和他的团队密切地关注着“毅力号”探测车的任务执行情况,毕竟,探测计划是否成功在很大程度上取决于maxon驱动装置是否能可靠运行。他说:“我们所参与的是绝对关键的应用。如果安装有BLDC电机的机械臂无法运动,或者机械手无法正常工作,那么整个探测任务便会失败。”

探测任务

“毅力号”探测车的任务是在火星上搜索古生命的迹象(生物特征)、采集岩石和土壤样本并为将其送返地球做准备。  此外,它还将通过多项实验为将来人类进行探测任务铺平道路。

漫漫征途

运载火箭                    Atlas V-401

发射场                          美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地

着陆日期                        2021年2月18日

着陆地点                         杰泽罗火山口

事实数据

计划                
任务
时长              至少一个火星年(687个地球日)

重量                   1,025公斤

长度                   3米

高度                   2.2米

作者: Stefan Roschi

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