月球至火星

NASA喷气推进实验室的技术人员将火星氧气原位资源利用实验（MOXIE）仪器放入毅力号火星探测器的腹部。 影像来源：NASA/JPL-Caltech NASA最新的六轮火星机器人毅力号的第一清单不断增加，其中包括将火星稀薄、富含二氧化碳的大气转化为氧气。毅力号上的一个烤面包机大小的实验仪器火星氧气原位资源利用实验(MOXIE)完成了这项任务。测试于4月20日进行，这是自2月18日登陆火星以来的第60个火星日。 虽然这项技术演示才刚刚开始，但它可以为科幻小说成为科学事实铺平道路——在火星上隔离和储存氧气，以帮助火箭把宇航员送上火星表面。这些设备有朝一日也可能为宇航员提供可呼吸的空气。MOXIE是一项探索技术调查，与火星环境动力学分析仪(MEDA)气象站一样，由美国宇航局空间技术任务局（STMD）和人类探索与行动任务局赞助。 “这是在火星上将二氧化碳转化为氧气的关键的第一步，”STMD的副局长吉姆·罗伊特(Jim Reuter)说。“MOXIE还有更多的工作要做，但我们对这项技术演示的结果充满希望，因为我们正朝着有一天能在火星上看到人类的目标迈进。氧气不仅仅是我们呼吸的东西。火箭推进剂依赖于氧气，未来的探险者将依靠在火星上生产推进剂来完成回家的旅程。” 对于火箭或宇航员来说，氧气是关键，MOXIE的首席研究员、麻省理工学院干草堆天文台的迈克尔·赫克特(Michael Hecht)说。 为了燃烧燃料，火箭必须有更多的氧气。在未来的任务中，让四名宇航员离开火星表面将需要大约15000磅(7吨)的火箭燃料和55000磅(25吨)的氧气。相比之下，在火星上生活和工作的宇航员呼吸所需的氧气要少得多。赫克特说:“在火星表面待一年的宇航员可能共用1吨重的氧气。” 将25吨氧气从地球运送到火星将是一项艰巨的任务。运输一个一吨重的氧气转化器——MOXIE的一个更大、更强大的新一代产品，可以生产25吨的氧气转化器——将更加经济和实用。 火星的大气层96%是二氧化碳。MOXIE的工作原理是将氧原子从二氧化碳分子中分离出来，二氧化碳分子由一个碳原子和两个氧原子组成。一氧化碳——一种废物，被排放到火星的大气中。 该转换过程需要高水平的热量，以达到大约1470华氏度（800摄氏度）的温度。为了适应这一点，MOXIE装置是用耐高温的材料制成。这些材料包括3D打印的镍合金部件，用于加热和冷却流经它的气体，以及一种有助于保持热量的轻质气凝胶。MOXIE外部有一层薄薄的金色涂层，可以反射红外热量，防止其向外辐射，从而防止其可能损坏毅力号的其他部件。 经过2小时的预热，MOXIE开始以每小时6克的速度生产氧气。在运行过程中制氧速度减缓了两次（被称为 “电流扫描”），以评估仪器的状态。经过一个小时的运行，产生的氧气总量约为5.4克，足以让宇航员在大约10分钟的正常活动中保持健康。 影像来源：MIT Haystack Observatory 在这第一次实验中，MOXIE的氧气产量相当低——大约5克，相当于一个宇航员大约10分钟的可呼吸氧气。按照设计，MOXIE可以每小时产生10克氧气。 这一技术演示的目的是确保该仪器在从地球发射、近7个月的深空旅行以及2月18日毅力号着陆后仍能使用。预计MOXIE将在火星一年的时间里（地球上差不多两年）至少再提取9次氧气。 这些氧气生产运行将分三个阶段进行。第一阶段将检查和描述仪器的功能，而第二阶段将在不同的大气条件下运行仪器，如一天中的不同时间和季节。在第三阶段，Hecht说，”我们将推陈出新” – 尝试新的操作模式，或引入 “新的皱纹，例如我们比较在三个或更多不同温度下的操作”。 “这些产氧过程将分为三个阶段。第一阶段将检查和描述仪器的功能，而第二阶段将在不同的大气条件下运行仪器，如不同的时间和季节，”赫克特说。“在第三阶段，我们将突破极限——尝试新的操作模式，或引入新的挑战，例如我们将在三种或更多不同温度下进行操作比较。” “MOXIE不仅仅是在另一个世界制造氧气的第一个仪器，”STMD的技术演示总监特鲁迪·科特斯（Trudy Kortes）说。“这是同类中的第一项技术，它将利用另一个世界环境中的要素（也称为现场资源利用）来帮助将来的任务在陆地上生活。” “它是把你在地面上发现的这种物质风化层，通过加工厂加工成一个大型结构，或者是把二氧化碳——大气的大部分——转化为氧气，”科特斯说。“这个过程让我们可以把这些丰富的材料转化成有用的东西：推进剂、可呼吸的空气，或者与氢氧结合的水。” MOXIE仪器的示意图，描述了该仪器内的元素。 影像来源：NASA/JPL 毅力号的更多相关信息 毅力号任务在火星上的主要目标是天体生物学，包括寻找古微生物生命的迹象。毅力号将对火星的地质和过去的气候进行表征，为未来人类探索红色星球铺平道路，除此之外，毅力号任务还是第一个收集和储存火星岩石和风化层（regolith，破碎的岩石和尘土）样本的任务。 NASA将与欧洲空间局（European Space Agency，ESA）合作进行后续的飞行任务，送探测器前往火星，从火星表面收集暂时缓存的样本，然后将它们返回地球进行进一步的分析。 喷气推进实验室由位于加利福尼亚州帕萨迪纳市的加州理工学院（Caltech）为NASA代为管理，毅力号的建造和运营管理由喷气推进实验室负责。 毅力号火星探测任务的更多相关信息请见： nasa.gov/perseverance 以及 mars.nasa.gov/mars2020/ 参考来源： https://www.nasa.gov/press-release/nasa-s-perseverance-mars-rover-extracts-first-oxygen-from-red-planet

2021年4月22日，NASA机智号火星直升机在杰泽火山口上空进行第二次实验性飞行测试。图像由毅力号火星车的Mastcam-Z成像仪拍摄。 Credits: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS 这架小型旋翼飞机在第二次飞行时视野扩大了。 4月22日，NASA机智号直升机成功地完成了它的第二次火星飞行，这是它的实验飞行测试窗口的第18个太阳日。这次飞行持续了51.9秒，为4月19日的第一次飞行增加了几项新挑战，包括更高的最大高度、更长的飞行时间和侧向移动。 “到目前为止，我们收到和分析的工程遥测数据告诉我们，这次飞行符合预期，我们之前的计算机建模是准确的，”鲍勃·巴拉罗姆Bob Balaram说，他是位于南加州的美国宇航局喷气推进实验室的聪明的火星直升机的总工程师。“我们已经完成了两次火星飞行，这意味着在这个月机智号活动中还有很多东西要学习。” 在莱特兄弟基地进行的第二次飞行测试中，机智号于美国东部时间凌晨5点33分(太平洋标准时间凌晨2点33分)或当地火星时间下午12点33分再次起飞。“在第一飞行的最高高度是离地面10英尺(3米)，而机智号这次升到了16英尺(5米)。在直升机短暂盘旋后，其飞行控制系统执行了轻微的（5度）倾斜操作，允许来自反向旋转的旋翼的部分推力使飞机侧向加速7英尺（2米）。 “直升机停了下来，在原地盘旋，转了一圈，把相机对准不同的方向，”喷气推进实验室机智号首席飞行员Håvard Grip说。“然后它飞回机场中心着陆。这听起来很简单，但关于如何在火星上驾驶直升机还有许多未知之处。这就是我们在这里的原因——让这些未知的东西为人所知。” 在火星上操纵飞机比在地球上要困难得多。尽管火星上的重力大约是地球的三分之一，但直升机必须在大气层的协助下飞行，而火星大气层的密度只有地球表面的1%左右。每次飞行的每一秒都提供了大量的火星飞行数据，可以与在地球上进行的建模、模拟和测试进行比较。NASA也获得了在火星远程操作旋翼飞行器的第一次实践经验。这些数据集对于未来的火星任务来说是无价的，这些任务可能需要下一代直升机来为他们的探索增加空中维度。 NASA毅力号火星探测器用它左边的Mastcam-Z相机获得了这张照片。Mastcam-Z是位于探测器桅杆高处的一对摄像机。这是相机在拍摄视频时拍摄的一组静态画面。这张照片拍摄于2021年4月22日。 图片来源：NASA/JPL-Caltech/MSSS 机智号火星直升机项目是一项高风险、高回报的技术示范。如果机智号号在第30个火星日的任务中遇到困难，NASA毅力号火星探测器的科学收集任务不会受到影响。 与第一次测试一样，毅力号火星车从211英尺(64.3米)外的范·齐尔瞭望点(Van Zyl Overlook)使用其Navcam和Mastcam-Z成像仪获得了试飞的图像。机智号团队于美国东部时间上午9点20分(太平洋时间上午6点20分)收到了飞机传回的初始数据集，包括图像。 “在第二次飞行中，我们对其中一个相机的变焦水平尝试了略微不同的方法，”毅力号项目成像科学家、喷气推进实验室Mastcam-Z副首席研究员贾斯汀·马奇(Justin Maki)说。“在第一次飞行中，其中一个摄像机完全放大了起飞和着陆区域。第二次飞行时，我们将摄像头的焦段缩短了一些，以获得更宽的视野，以捕捉更多的飞行镜头。” 根据数据和图像表明，火星直升机不仅在第二次飞行存活了下来，而且也按照预期飞行，机智号团队正在考虑如何最好地扩大其下一次飞行的区域，以便从另一个世界的首次成功飞行测试中获取更多的航空数据。 机智号火星直升机的导航摄像头捕捉到直升机在杰泽罗火山口表面的阴影，这是直升机在2021年4月22日的第二次实验试飞。 图片来源：NASA/JPL-Caltech 机智号的更多相关信息 喷气推进实验室负责建造了机智号火星直升机由，同时为NASA总部管理着相关的技术演示。机智号得到了NASA科学任务理事会（Science Mission Directorate）、NASA航空研究任务理事会（Aeronautics Research Mission Directorate）和NASA太空技术任务理事会（Space Technology Mission Directorate）的支持。 NASA的艾姆斯研究中心（Ames Research Center）和兰利研究中心（Langley Research Center）为机智号提供了重要的飞行性能分析和技术援助。 在NASA总部，戴夫·莱弗里（Dave Lavery）是机智号火星直升机的计划主管。在喷气推进实验室，米米·昂是项目负责人，J·鲍勃·巴拉兰姆是总工程师。 如欲了解更多机智号的相关信息，请访问： https://go.nasa.gov/ingenuity-press-kit 以及 https://mars.nasa.gov/technology/helicopter 毅力号的更多相关信息 毅力号任务在火星上的主要目标是天体生物学，包括寻找古微生物生命的迹象。毅力号将对火星的地质和过去的气候进行表征，为未来人类探索红色星球铺平道路，除此之外，毅力号任务还是第一个收集和储存火星岩石和风化层（regolith，破碎的岩石和尘土）样本的任务。 NASA将与欧洲空间局（European Space Agency，ESA）合作进行后续的飞行任务，送探测器前往火星，从火星表面收集暂时缓存的样本，然后将它们返回地球进行进一步的分析。 喷气推进实验室由位于加利福尼亚州帕萨迪纳市的加州理工学院（Caltech）为NASA代为管理，毅力号的建造和运营管理由喷气推进实验室负责。 如欲了解更多毅力号的有关信息，请访问： nasa.gov/perseverance 以及 mars.nasa.gov/mars2020/