NASA好奇号火星车新进展：时隔一年半重启钻孔采样

前情提要：

关于2017年的好奇号总结，看这里

→ 好奇号火星车的2017年终行记：红色星球长路漫漫，永远年轻，永远好奇

好奇号是NASA于2011年11月发射的火星车，2012年8月成功着陆于火星的盖尔环形山中。

好奇号火星车是目前投入使用的最先进的火星车，到2018年初已经走过了18公里路程。

在过去的六年里，好奇号从黄刀湾、帕朗山、柏瑞哲盆地、穆雷孤峰行至薇拉·鲁宾山脊…它不断地向这场探险之旅最重要的目的地——高达5000米的夏普峰攀登。

好奇号在盖尔环形山中的行进路线。盖尔环形山的中央峰夏普山（Mount Sharp，后被正式命名为伊奥利亚山Aeolis Mons），是好奇号的目的地。(Voosen, Science, 2017)

好奇号的使命是探索远古火星上可能的水和生命，而它所着陆的盖尔环形山内，就是这样一个充满了疑似液态水和有机物痕迹的地方。

怎么探测这些可能的生命痕迹呢？其中一种重要的方法就是钻孔采样，然直接分析这些样本的成分。在过去的几年里，好奇号边走边打洞，已经成功完成了15次钻孔采样。

截止到2016年10月，好奇号完成了15次钻孔采样。来源：NASA/JPL

2016年12月初，好奇号的钻孔机出现了故障，不能顺利按照指令打洞了。虽然远在地球上的工程师们立刻开始检修工作，但2017年的好奇号还是有点着急——2017年6月中旬，好奇号到达薇拉·鲁宾山脊（Vera Rubin Ridge）一带，这是一处富含赤铁矿的地质单元，富含铁的矿物可以为微生物提供能量来源，也就是说，这是一处很可能探测到生命痕迹的区域。

机不可失，时不再来。             

2017年中旬，好奇号来到了富含赤铁矿的薇拉·鲁宾山脊一带。来源：NASA/JPL

好奇号原本的钻孔原理是先用两根稳定器（stabilizer）把要采样的岩石外围固定住（就是图上垂直的圆柱形的那两根）。                   

好奇号原本的钻孔采样方案。来源：NASA/JP

好奇号原本的钻孔采样方案。来源：NASA/JPL

再用推进装置伸出钻头（中间那个）进行钻孔。工程师们发现，钻孔机的伸缩故障正是因为推进装置出了问题。

好奇号2013年5月19日在Cumberland成功钻孔采样的过程。来源：NASA/JPL

另外一边的地球上，NASA的工程师们正对着一个几乎一模一样的好奇号副本机，夜以继日地寻找钻孔机的修复方案。

工程师们在测试新的钻孔方案。来源：NASA/JPL

多次恢复推进装置的尝试未果之后，好奇号团队决定采用更加简单粗暴的方式：索性不用稳定器了，直接把机器臂连着钻头一起钻进地里不就好了……他们管这个新方案叫做Feed-Extended Drilling (FED)（别看我，我不会翻译，你们自行体会一下…）。

新方案的钻孔过程有点像人类用螺丝起子，可以一边旋转着打洞一边把钻孔往里送，从这个角度来说，好奇号的机器臂已经“进化”得更像人类的手臂了。

好奇号新的钻孔采样方案FED，两根稳定器完全不要了，钻孔的伸缩完全由机器臂控制。来源：NASA/JPL

但这在控制上的难度要高得多，毕竟推进装置只能在一维方向上运动，而机器臂…虽然配备了力和扭矩传感器，但它…有五个自由度啊…

新方案经过了几次测试。

2017年10月17日，好奇号的钻孔机时隔十个月再次尝试启动！这次主要是为了测试机器臂的传感器，所以只是把机器臂连着钻孔机一起从空中伸向地面并接触地面，并没有钻孔采样。              

2018年2月26日，验证新方案。好奇号在Lake Orcadie钻了一个约1厘米深的孔，这个深度虽然对科学采样分析来说是不够的，但从验证方案的角度来说振奋人心。

2018年5月中旬，地球上的好奇号副本机成功进行了完整的钻孔演习，就差火星上再来一遍了。

BUT！

勤勤恳恳的好奇号已经快要走出这片赤铁矿区域了！

怎么办？！

好奇号团队当机立断，决定折返。

5月，好奇号往回走了一点，到达了薇拉·鲁宾山脊的一处叫做Duluth的石块。

点击大图查看~ 来源：NASA

2018年5月20日，又是激动人心的一天，好奇号火星车在Duluth石块上打了一个约5.1厘米深的孔，并成功完成了采样。

这是好奇号在2016年10月之后第一次成功完成钻孔采样。

这些打洞挖出来的岩石和土壤样本，会被好奇号送到自己内部的两个实验装置中进行进一步分析。

一个叫CheMin，可以理解为一台通过X射线分析矿物组成的“验矿仪”。

这些不同地方的矿物成分和含量都是CheMin测的。来源：NASA

另一个叫SAM，是一套可以通过质谱仪分析采样物成分的“试管”。它是整个好奇号火星车上占体积最大，设计最复杂的仪器。

好奇号钻孔集的固体样本被送入SAM中对应的“试管”（化学实验杯）里之后，内部的“烤箱”会把试管中的样本加热到气化（1100摄氏度），然后再用氦气流把这些气体“吹入”质谱仪中进行成分测定。

SAM的内部结构 (Voosen, Science, 2017)

至于这次采样分析的结果嘛，目前还在处理中，说不定很快就能有个大新闻哦~

关于作者：灰原哀博士（haibaraemily），从事行星科学研究。

参考

Voosen, P. (2017). Mars rover steps up hunt for molecular signs of life. Science, 355(6324), 444-445.

https://mars.nasa.gov/msl/mission/whereistherovernow/?ImageID=9402

https://mars.nasa.gov/resources/7858/curiositys-first-14-rock-or-soil-sampling-sites-on-mars/

http://www.planetary.org/blogs/emily-lakdawalla/2017/0906-curiosity-balky-drill-problem.html

https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7070

https://mars.nasa.gov/msl/mission/mars-rover-curiosity-mission-updates/

https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7129

https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7137