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对话NASA好奇号火星车首席机械工程师:火星样本

作者: 皇家利华 来源: 未知 发布时间:2019-05-28

 

对话NASA好奇号火星车首席机械工程师:火星样本带回地球存两大难点

极客公园Rebuild2019科技商业峰会现场 图片来源:每经记者 张建 摄

5月24日,为期2天的极客公园Rebuild2019科技商业峰会在成都正式拉开帷幕,来自全球的顶级科学家、技术领袖、商业创新者、资本力量齐聚一堂。

“许多年前,当我年少的时候,我在金门大桥抬头仰望夜空中闪亮的猎户星座(Orion),宇宙的深邃和无限激发了我强烈的好奇心。而好奇心是一切科学创造的原点。” 美国宇航局(NASA)“好奇号”火星车(Curiosity)的首席机械工程师亚当·施特尔策纳(Adam Steltzner)在接受《每日经济新闻》记者专访时表示。

对话NASA好奇号火星车首席机械工程师:火星样本带回地球存两大难点

美国宇航局(NASA)“好奇号”火星车(Curiosity)的首席机械工程师亚当·施特尔策纳(Adam Steltzner)图片来源:每经记者 张建 摄

好奇号:一个奇迹

此时此刻,当我们凝视夜空的时候,在一颗遥远的红色星球——火星上,“好奇号”火星车已经默默地守望着这片无垠的宇宙2000多个日夜。

“好奇号”发射于2011年11月,并于2012年8月成功登陆火星表面。无论在机械工程还是太空探索领域,这辆价值25亿美元的火星车都是迄今为止的一个奇迹。而亚当·施特尔策纳是这个奇迹的重要参与者之一。

记者了解到,在发射“好奇号”之前,人类大约40项火星任务中只有 15 项任务取得了成功。超高的登陆失败率一直困扰着世界各国的科学家。自1996年以来,美国只成功登陆了四台火星探测车,另外三台分别是1997年的“索杰纳号”,2004年的“勇气号”和“机遇号”。

亚当·施特尔策纳告诉记者:“好奇号的首要任务就是探寻古老贫瘠的火星表层是否有生命存活过的迹象。”

此前的 “勇气号”和“机遇号”火星车只有割草机一般大小。为了完成任务,NASA 科学家给“好奇号”装载了各式复杂的探测仪器,包括用于钻孔的机械臂, X 射线分光仪,各类专业摄像机等。最终,“好奇号”比前两者大了2倍,重了5倍,成为NASA有史以来最庞大和最复杂的火星车。

“本身火星车的着陆问题一直就是一个世界难题,而好奇号重量超过一吨,尺寸相比此前的火星车翻番。如何在火星上安全着陆,成为了项目最艰难的一环。” 亚当·施特尔策纳表示。

当年,所有人都一筹莫展的时候,亚当·施特尔策纳所在的喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory,JPL)承担起了“好奇号”项目关键的 EDL (进入-降落-着陆)部分,开始研究火星车从进入大气层到最终安全着陆的系统,最终书写了一个火星登陆的奇迹。

疯狂想法:天空起重机

作为首席机械工程师,亚当·施特尔策纳在火星车的着陆阶段,开创性地使用了“天空起重机”(Sky Crane)帮助好奇号成功地“花式降落”。

一开始,作为EDL 小组负责人的亚当·施特尔策纳提出气囊方案,通过将火星车放置在气囊中缓解冲击力。但考虑到火星大气的密度只有地球的 1%,只靠大气摩擦和降落伞不足以安全降落。同时,气囊撞击火星地表会对机器内部的敏感仪器产生损害。最终,否定了该方案。

后来,亚当·施特尔策纳和他的团队构思出了一个疯狂的想法。这就是”天空起重机”方案——通过大气摩擦、降落伞、减速火箭和几根尼龙绳组成的着陆方案,这是在航天领域从未使用过的着陆方案。

具体而言,在进入火星大气后,火星探测车先后依靠大气摩擦和降落伞完成第一阶段的减速,随后开启减速火箭“天空起重机”,利用火箭助推实现整个火星车和助推器的悬停,最后用一根 20 米长的缆绳,一点点将伸出了六个轮子的好奇号放置在火星地表上预设的着陆地点,稳定着陆后,“天空起重机”飞往安全距离之外撞向地表。

亚当·施特尔策纳表示:“当时,许多人看到这个方案的时候,都觉得这太疯狂了。这很正常,因为在当时,我们自己团队都会觉得这样太疯狂。”

NASA的高层当时对于这个想法普遍持怀疑态度。不过在亚当·施特尔策纳偏执的坚持之下,EDL小组在此基础上尝试多种着陆逻辑,经过了上百万次的计算机模拟实验,最终“天空起重机”的方案得到内部和外部专家审核委员会的通过,并正式启用。

“有时候保持独立的想法往往是疯狂的。” 亚当·施特尔策纳表示。

当时,在着陆阶段关键的7分钟时间里,好奇号每一瞬间的动作都由超过 50 万行的计算机代码决定,地面控制中心的所有人都屏息凝神。最终,“好奇号”以“温和”的速度安全着陆火星,与预定着陆地点仅仅相差了2.4公里,完成了有史以来最精确的着陆。

在好奇号完成“花式降落”的一瞬间,整个实验室都沸腾了,亚当·施特尔策纳回忆起当时的画面。

亚当·施特尔策纳还向记者透露,目前,好奇号通过分析火星表面的矿物质成分,酸碱度等,已经验证了曾经的火星是可以支持生命存在和繁衍的。

好奇基因:生于“垮掉的一代”

“一对犀利的眼睛,穿着复古的靴子和运动衫,留着一头“猫王”的发型,”美国全国公共广播电台(NPR)曾这样描写亚当·施特尔策纳。国外许多媒体也将亚当·施特尔策纳描述为“摇滚工程师”和“带有嬉皮士风格的科学家”。

亚当·施特尔策纳出生于上世纪60年代美国的一个艺术家庭。他的家就在旧金山湾区。当年正值“嬉皮士运动”风起云涌,也许从那时起,亚当·施特尔策纳的思想里就种下了好奇的基因。

在谈到“垮掉的一代”思想艺术对于他的影响时,亚当·施特尔策纳向记者表示,那是一个人们纷纷追求新的生活方式,新的文化价值的时代,人们敢于提出问题,质疑权威。这个时期,我开始具有独立和清晰的思考能力。这个时代的思想对我有着非常深远的影响。

亚当·施特尔策纳告诉记者:“的确,我曾经梦想成为一名摇滚巨星。我年轻的时候在旧金山当地组织过乐队。有一次,我在进行完音乐表演后,走出表演场地,远望金门大桥,我看到了一片灿烂的星空,那片星空点燃了我的热情和好奇心。我开始对机械工程,太空探索萌生浓厚的兴趣。”

亚当·施特尔策纳还向记者坦言到:“虽然我出生在艺术之家,喜欢玩音乐。但老实说我不是那么擅长。但我觉得选择去做自己不擅长的事情有一个好处就是,你能够时刻保持谦卑和好奇的心。”

事实上,音乐和科学有许多的相似点,音乐和亚当·施特尔策纳所关注的机械工程领域都是非常注重结构性的。音乐里面各种音符的排列组合,能给予他科学研究和设计上的灵感。

此外,亚当·施特尔策纳的好奇心不仅仅停留在音乐上,他还对建筑和抽象艺术感兴趣。亚当·施特尔策纳说道:“我非常喜欢研究各种建筑的结构以及营造出来的那种空间感。我觉得抽象艺术有助于训练想象力,同时我还可以通过抽象艺术进行冥想,获得心灵上的平静。这对于生活和科学研究都是有帮助的。”

亚当·施特尔策纳的好奇心时常在感性和理性之间游刃有余,他告诉记者:“我在做科学研究的时候我很少面临理性和感性的冲突。我能很好地区分开两者。”

目前,亚当·施特尔策纳表示自己的工作重点是2020年的火星探测器发射任务和如何将火星上的样本带回地球。但同时,他也向记者透露要把火星上的样本带回到地球还存在两大难点:第一,要完全确保火星带回地球的样本是没有受过污染的,清洁的;第二,样本需要用火箭从火星发射至预定轨道,再运送回地球。

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