水星
鲜有探测器光临
与火星和木星相比,人类对水星稍显冷落。迄今为止,人类只向这颗太阳系最小的行星派出两枚探测器——1974年的“水手10号”和2004年的“信使”号,均由NASA发射。
由于表现出色,“信使”号探测器原定于2012年结束的使命将延长到2013年。肩负着探索水星表面和内部情况的“信使”号已经成为第一枚围绕水星轨道运行的人造太空器。
火星
明星探测器的摇篮
就在人类刚有能力挣脱地球引力飞向太空时,首枚火星探测器也上路了。1960年,前苏联向火星发射第一枚探测器。四天后,第二枚火星探测器升空,然而它们却连绕地球轨道都没能到达。上世纪60年代,前苏联共发射7枚火星探测器,全以失败告终。
上世纪60年代,美国也加紧探索火星,发射了“水手3号”和“水手4号”探测器,后者是首枚成功到达火星并发回数据的探测器。迄今为止,全球共进行46次火星探测计划,仅10次成功登陆,包括美国的“机遇号”和“勇气号”,虽然如此,一个有趣的现象是,火星探测器中出了很多明星,最当红的当属“好奇号”。
2012年“好奇号”是人类对火星最“沉重”一吻,因为“好奇号”重达900多公斤,有SVU汽车大小,这样体型庞大的火星车登陆火星在人类史上还是头一次。
“好奇号”将在火星上工作两年,探寻火星上维持生命的可能性。“好奇号”要克服的难题之多,连美国国家宇航局(NASA)官员都感叹,“这是NASA有史以来所有的机器人行星探测计划中最艰难的一次。”
为了让“好奇号”安全降落火星,NASA工程师借助西门子的产品生命周期管理软件对火星探测器进行数字化设计、模拟和虚拟组装,有助于确保探测器能经受火星任何环境的考验。
■ 哪些技术助力探测器
模块化让发射更简单
NASA的月球大气与尘埃环境探测器(LADEE)今年9月升空,主要目标是在月球环境未被探月活动进一步扰动前探索月球大气的整体密和变化状况等,以及月球尘埃对探测器的影响程度。
LADEE探测器的设计进行巨大创新,采用模块化设计,有效降低预算和飞行器的体积,并成功缩短了从设计到发射的时间。LADEE大小与小轿车差不多,所需动力相当于5个60瓦灯泡。或许此后,若要发射不同功能的探测器只需将不同功能模块组合即可发射,将大大推动人类探索太空能力。
核聚变动力推进火箭
目前执行行星探索任务的飞行器大都使用大气制动,即利用其他行星大气的摩擦力节省推进剂,研究人员正试图对此进行突破。NASA正在研发核聚变推进火箭(FDR)。
FDR为一台150吨级火箭,利用磁场挤压由锂或铝制成的金属内圈来包裹氘和氚制成的核聚变燃料小丸,从而点燃核聚变反应。聚变反应在几微秒内发生并将推进物质以30公里/秒的速度喷射出去,并可以达到约每分钟点火一次以产生均匀的推力,避免突然的加速度对宇航员造成伤害。
运用FDR的飞行器几乎不需要依赖大气制动。NASA预计2020年在飞行器上进行使用。
软件模拟外星环境
借助精进的电脑技术,科学家可以在设计环节即考虑到探测器面临的各种问题,从而进行设计、分析与制造之间的无缝衔接,“好奇号”就是这样制作出来的。价值25亿美元的“好奇号”要是在着陆时撞上火星后果不堪设想,让“好奇号”顺利着陆的幕后英雄便是西门子公司的软件设计平台。