NASA的火星2020漫游车正在紧锣密鼓地测试之中

对火星2020（Mars 2020）的系统测试进行第一次测试的技术员，到达了他们在NASA喷气推进实验室航天器装备设施（Spacecraft Assembly Facility）的工作站，位于加利福尼亚州的帕萨迪纳。
版权：NASA/JPL-Caltech

在2021年2月18日下午的7分多钟时间内，NASA的“火星2020”火星车将会执行大约27000次调整和计算，那时它会处于由太空边缘着陆于火星耶泽罗陨石坑（Jezero Crater）的阶段，这将是一个极其危险的加速过渡阶段。虽然那将是这架重达2314磅（约1050千克）的火星车首次踏足这颗红色星球，但在此之前，火星车的处理器、传感器和发射器网络会完成不计其数的成功模拟，模拟在耶泽罗陨石坑着陆的情景。

希瑟•博顿（Heather Bottom）说：“我们在1月23日时对火星车着陆于耶泽罗陨石坑进行了第一次模拟。”她是加利福尼亚州帕萨蒂尼喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory，JPL）火星2020任务的系统工程师，“两天之后，这辆火星车将再次成功降落于火星上。”

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博顿是系统测试1（Systems Test 1， ST1）的测试负责人，这是火星2020的工程团队的首次试驾机会，他们来对火星2020任务的主要组成部分进行了测试。在1月的两周时间内，博顿以及另外71名工程师和技术人员接管了JPL航天器装备设施（Spacecraft Assembly Facility）的高湾1（High Bay 1）洁净室，根据测试进程，他们将软件和电气系统安装在了该任务的巡航、入口舱、下层平台以及火星车内部。

“ST1是一项艰巨的任务，”博顿说道，“对于在2020年我们即将装在真正的火星车组件上的那些飞行软件，这还是我们的第一次做测试，我们需要确保它们不仅能按照预期正常运行，还能按照预期互相协作。”

在火星2020探测器逐渐下降到前景中可见的火星大气中时，火星车的后壳会对火星2020起到保护作用，一位该项目的技术人员正在监控系统ST1的测试进度。
版权：NASA/JPL-Caltech

火星2020的软件“遗产”可以追溯到火星车勇气号（Spirit）、机遇号（Opportunity）和好奇号（Curiosity），其中好奇号火星车从2012年起就一直在兢兢业业地探索火星的盖尔陨石坑（Gale Crater）。而火星2020任务与以往不同，所用的火星车也不是同一个，拥有着一套不同的科学仪器，在火星上的着陆目标也不同：故此火星2020的软件需要进行专门地定制。

真正开始研究飞行软件的时间是在2013年，在计算机工作站和笔记本电脑上，研究人员对软件进行编码、重新编码、分析和测试。然后，飞行软件正式进入航天器测试台中，与计算机、传感器以及其他电子元件一起测试，这些元件是模仿2020年探测任务中将会共同发射的飞行硬件。

“虚拟工作站和测试台是测试研发阶段的重要部件，”博顿说道，“但是构成这项任务的组成部件有成千上万个，不是每一个部件都会像测试台一样作出相应的反应。而看到飞行软件和实际的飞行硬件协同工作，这在我们的研发过程中是一个极好的建立信心的方式，就好像真的在飞行中进行测试一样。”

做出成绩

在ST1正式开始执行的前一天，高湾1洁净室里到处是蹦蹦跳跳的“兔子装”——穿着工装的工程师和技术人员，他们一同对火星2020任务的硬件进行组装、检查和测试。第二天，也就是1月16日星期三，洁净室内则异常安静，大量的工作人员则变成仅只有2名技术人员，他们留下来监控飞行测试硬件。被称为“脐带”的电线分布尚未堆叠在一起，增添这些布线是为了给航天器的巡航平台、后壳、下降台和流动站底盘提供数据和电力。地面与飞行中的航天器（以及飞行中的航天器与地面）间的通信由X波段无线电传输处理，模拟这些设备去往火星旅途上的情景。

ST1的执行从以下的命令开始：给航天器的电器元件供电，并建立热能、电力和电信配置。虽然所有的航天器组件都局限在一间洁净室里，博顿和她的团队却觉得他们就像在2020年7月，坐在宇宙神5型运载火箭（Atlas V）541号上，位于卡纳维尔角空军基地复合式41号发射台（Launch Complex 41）上方190英尺（58米），等待发射进入太空。

接下来，在测试着陆序列之前，他们专注于巡航平台的另一个部分，之后他们便将所有测试再从头来过。

在成功模拟发射之后，他们往前跳过40天的时间，来模拟深空巡航的情况。当不得不执行导航修正和轨迹修正时，飞行软件和硬件互相协作的情况将会如何呢？当模拟的事件并未像预期那样地进行，它们又会如何应对呢？研究团队在洁净室隔壁的操作室中，通过操作台计算机屏幕探寻着这些问题的答案。

“在测试操作室里，你可以透过窗户看到洁净室的地板，并清楚地看到飞行硬件，”博顿说道，“你看不到任何明显的外在移动，但在外层结构之下，飞行计算机正在互换位置、无线电正在接受和传输信号、燃料阀门开开合合、子系统电源电力通了又断、电子信号被发送到并不存在的烟火装置中。小小的空间里有成千上万件程序在忙碌地进行。”

1月30日的时候，火星2020测试团队终于能合上他们那本一千多页的ST1程序操作手册了。他们对登陆火星的阶段进行了2+2共4次模拟，对发射阶段也进行了4次模拟，除此之外还有深空导航的测试、轨道修正的演练，甚至进行了飞行时可能发生的几种意外情况的测试。这些对飞行硬件和软件的初次测评，进行了一年多的时间，取得了圆满的成功，体现了航天器中可圈可点的优秀之处，也挖出了其中仍有进步余地的部分。当在虚拟工作站和测试台上均调查到了这些新的变化时，它们就有机会在其他火星2020的计划测试中真正执行，一同“上天”。

“未来可能会有的情景测试之一，就是把火星车置于一个热室之中，模拟在火星表面的情形。火星车将在非常低的火星表面温度下，一步一步地完成任务中的关键行动，”博顿说道，“不论是从字面上来说还是从比喻意上来说，这都是一个非常酷（cool，也有温度低的意思）的测试。”

NASA科学任务理事会（Science Mission Directorate）的JPL的火星2020负责管理开发火星车，NASA的发射服务计划（Launch Services Program）负责发射管理，该计划位于佛罗里达州的NASA肯尼迪航天中心（Kennedy Space Center）。火星2020将在佛罗里达州的卡纳维拉尔角空军基地发射。

参考：
https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasas-mars-2020-rover-is-put-to-the-test