“毅力”號火星探測器和極端環(huán)境下的抗輻射技術(shù)

　　為了尋找古代微生物生命的蹤跡，史上先進(jìn)的行星探測器“毅力”號將以每小時(shí)11900英里的速度進(jìn)入火星稀薄的大氣層。確認(rèn)它于2021年2月18日到達(dá)火星的傳輸信息需要11.5分鐘才能到達(dá)1.3億英里外的地球。

　　面對深空高能輻射和極端冷熱循環(huán)等挑戰(zhàn)，探測器將收集巖芯樣本并進(jìn)行僅限于我們想象的實(shí)驗(yàn)?！耙懔μ枴笨茖W(xué)探測器的重量不到2300磅，采用抗輻射技術(shù)，將為人類未來探索太陽系鋪平道路。

　　將航天器和人類送入太空是推動地球技術(shù)不斷突破邊界，勇創(chuàng)新高的試驗(yàn)場。40多年來，ADI不斷利用創(chuàng)新，與NASA/JPL合作開發(fā)能夠承受發(fā)射時(shí)的極高重力，并滿足嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，能夠適應(yīng)嚴(yán)苛的太空環(huán)境要求的元器件和系統(tǒng)。“毅力”號任務(wù)是NASA/JPL和ADI之間的又一次技術(shù)合作，也是探索太空的一大里程碑事件。

概覽

　　公司：噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)是美國的國家研究機(jī)構(gòu)，為美國研發(fā)出第一顆繞地衛(wèi)星，成功制造出第一艘星際飛船，并派遣機(jī)器人執(zhí)行研究所有行星的任務(wù)，幫助開啟了太空時(shí)代。

　　目標(biāo)：幫助尋找火星上是否存在生命痕跡、水，以及是否適合人類居住，不斷突破技術(shù)的極限。將這些技術(shù)轉(zhuǎn)向商業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，造福地球上的人類。

　　挑戰(zhàn)：解決棘手的工程問題，使探測器能夠在嚴(yán)苛的太空環(huán)境中工作，幫助完成探索行星及其衛(wèi)星、小行星等任務(wù)。

　　應(yīng)用：將ADI的電源管理、隔離技術(shù)、傳感器和抗輻射組件用于太空探測儀器和系統(tǒng)。

“毅力”號和探尋遠(yuǎn)古生命痕跡

圖片由NASA/JPL提供 -Cal Tech：Jezero Crater，火星

　　在數(shù)十億年前，一個(gè)巨大物體與火星相撞后留下一個(gè)25英里寬的隕石坑Jezero Crater，被曾經(jīng)流經(jīng)火星表面的河道填滿，“毅力”號以此作為著陸點(diǎn)。

　　雖然如今，火星表面是一片寒冷、幾乎沒有空氣的沙漠，但科學(xué)家們認(rèn)為，在35億年前的一個(gè)潮濕時(shí)期，Jezero Crater中可能存在微生物。這個(gè)六輪探測車將在坑槽沉積物中搜索古代微生物是否留下了化學(xué)、礦物和地質(zhì)結(jié)構(gòu)證據(jù)?！耙懔Α碧柕氖讉€(gè)任務(wù)是收集數(shù)十個(gè)巖芯樣本，將它們密封在容器中，并存放在火星地表，以便未來執(zhí)行火星任務(wù)時(shí)收集并送回地球，供研究人員通過精密儀器進(jìn)行深入分析。

　　ADI工程師Kristen Chong描述了她對“毅力”號火星探測器成功登陸火星的興奮之情，以及我們能從中學(xué)到的東西。

支持任務(wù)執(zhí)行

　　電力是探測器執(zhí)行儀器、通訊、移動和科學(xué)活動的動力之源。對于這項(xiàng)為期11年的探測器任務(wù)，可靠的電源和電池壽命至關(guān)重要。“毅力”號基于高壓電池總線運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)高效率。但是，對于火星探測器99%的電子系統(tǒng)來說，總線直接提供的電壓輸出太高了。如果不能有效地對中間電壓進(jìn)行降壓，該探測器將浪費(fèi)大量電能，并且電池也需要更頻繁地充電。

　　電源合作伙伴

　　NASA/JPL選擇ADI作為其技術(shù)供應(yīng)商，為他們提供關(guān)鍵的電源管理解決方案。高壓、同步、電流模式的控制器作為接口，將中央電池總線的高壓電源轉(zhuǎn)換為運(yùn)行所有探測器組件(IC)所需的較低電壓?？馆椛淇刂破魈峁└咚降霓D(zhuǎn)換效率，同時(shí)較大限度地減少電源浪費(fèi)。功率損耗會產(chǎn)生熱量，多余的熱量會損害組件。而在火星稀薄的大氣層中，消除多余的熱量則更有挑戰(zhàn)性。

圖片由NASA/JPL提供 - Cal Tech

奠定基礎(chǔ)，迎接更大的任務(wù)

　　火星2020探測器肩負(fù)幾項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)主要是針對未來的任務(wù)。MOXIE(火星氧氣原位資源利用實(shí)驗(yàn))可能是最具雄心的實(shí)驗(yàn)，它將測試一種從火星稀薄的大氣中提取氧氣的方法。MOXIE將證明，將火星上的二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣是否可能。如果成功，未來發(fā)布的MOXIE技術(shù)將成為執(zhí)行其他火星任務(wù)的重要組成部分，為火箭燃料提供氧氣，為未來的探險(xiǎn)者和居民提供可呼吸的空氣。還可乘坐“毅力”號的直升機(jī)Ingenuity旅行。這架由太陽能驅(qū)動的無人直升機(jī)將在火星稀薄的大氣層(只有地球大氣層的百分之一)中測試飛行穩(wěn)定性，并尋找優(yōu)質(zhì)的探索地點(diǎn)和最安全的探測器行駛路線。

圖片由NASA/JPL提供 -Cal Tech

　　火星毅力號探測器配有Ingenuity，這是首架可在另一個(gè)星球上飛行的直升機(jī)。

Ingenuity: 火星直升機(jī)

　　毅力號2020火星探測機(jī)器人腹部攜帶一架4磅重的太陽能直升機(jī)前往火星。雙旋翼以每分鐘2400轉(zhuǎn)的速度向相反方向旋轉(zhuǎn)——比地球上的直升機(jī)快很多倍。這架微型直升機(jī)需要產(chǎn)生足夠的升力，才能在火星稀薄的大氣層(僅為地球的百分之一)中飛行。-130℉的低溫促使Ingenuity突破極限，安全經(jīng)歷火星上的夜晚。

圖片由NASA/JPL提供 -Cal Tech

　　從2014年到2019年，噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)的工程師們在特殊的空間模擬器中測試越來越先進(jìn)和輕量化的模型。2020年7月30日，最終的火星探測器從佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角空軍基地升空，開始向著火星進(jìn)行Atlas V星際飛行，計(jì)劃于2021年2月18日著陸——飛行歷時(shí)7個(gè)月，共飛行1.3億英里。

　　Ingenuity將在火星上進(jìn)行為期30天的測試，嘗試進(jìn)行5次可控的動力飛行，飛行時(shí)間長達(dá)3分鐘，飛行高度高達(dá)1000英尺。測試飛行期間獲取的數(shù)據(jù)將為下一代直升機(jī)增加火星探測空間維度信息——方便探測機(jī)器人和探測人員進(jìn)行探測，傳輸輕型有效載荷，以及探索難以到達(dá)的地點(diǎn)。

　　這項(xiàng)任務(wù)是想要測試能否成功實(shí)現(xiàn)飛行。如果試飛成功，這架直升機(jī)將成為首架在另一個(gè)空間飛行的飛機(jī)。負(fù)責(zé)火星直升機(jī)任務(wù)的項(xiàng)目經(jīng)理Mimi Aung表示：“如果我們能夠證實(shí)能在火星上進(jìn)行動力飛行，那么我們希望未來，火星直升機(jī)能在探索火星時(shí)發(fā)揮重要作用。”

　　在火星探測器命名比賽中，來自阿拉巴馬州諾斯波特的高中生Vaneeza Rupani提交了“Ingenuity”這個(gè)名稱。但是，考慮到JPL工程師們?yōu)榱俗岋w機(jī)成功飛行而進(jìn)行了大量的創(chuàng)新思考且付出了大量努力，NASA認(rèn)為這架直升機(jī)更適合以“Ingenuity”為名。

　　Vaneeza Rupani寫到：“Ingenuity讓人們能夠完成驚人之舉?！?/FONT>