《外星車浪漫旅》1：美國好奇號火星車

● 詳說好奇號火星車：大小與轎車相仿

　　再說下去可能要別說跑題了，咱們來說回好奇號火星車本體吧。咱們就從傳統汽車評測開始，它的長、寬、高分別為2900mm、2700mm、2200mm。可不小了，跟一款小型汽車的大小已經不相上下。899kg的滿載質量（火星的重力是地球的38%，所以在火星上其重量就是342kg）也和一輛小車差不多了，這其中包括了80kg的科學器材載重。

● 詳說好奇號火星車：六輪全時驅動 360°全方位轉向 真正的越野車！

　　好奇號的六個大輪子是最能體現它是一輛“車”的特征了。六個輪子均采用陽極電鍍鋁制成，直徑為20英寸（50厘米）。輪子一部分有較大的開孔，以保證塵土的排出。同時每個輪子都具有驅動力，可謂是六輪全時驅動！而前后兩組輪子都可以進行360°全方位旋轉，轉向能力更是無與倫比。

　　好奇號采用的是一種稱之為“遙臂-轉向架（rocker-bogie）”式的懸架系統，沒聽說過吧？這種專門為六個輪子設計的懸掛系統能很好的保證六輪都能實時附著地面。同時還有65厘米的最小離地間隙，就越野性來說可比一般SUV屌多了。超強的越野性能保證能在火星凹凸不平的地面行駛無阻。但受限于動力系統，最大爬坡角度只有12.5°。好在重心夠低，傾斜角度50°之內都能保證不翻倒，而車載IMU系統會保證好奇號的傾斜角度不超過30°。

　　好奇的最高速度為90m/h，對，是90米不是90公里。別嫌慢，這可是火星科考車，不是拉力賽車。每移動1米的距離，NASA的專家都要細心研究。實際上它的平均速度甚至只有30m/h。考慮到好奇號頭兩年的預計行走距離是19公里，這個速度已經足夠快了。

● 詳說好奇號火星車：動力——核能！

　　地球上的車子，用汽油的、柴油的、天然氣的、電動的、燃料電池的……但是都沒見過用核動力的吧！好奇號搭載有一枚由美國能源署提供的钚238（plutonium-238）放射性同位素原料。钚238是一種強力的α射線源，即可以釋放出氦核射線的放射性物質。一個钚238釋放出一個氦核（兩個中子和兩個質子）以及5.6MeV能量后，就會衰變為一個鈾234。钚238的半衰期為87.7年，就是說1克钚238在87.7年后才有0.5克衰變成鈾234，所以是挺危險的放射性材料。

　　不過由于持續衰變，钚238會產生熱能，1克钚238能持續產生約0.5瓦的能量。好奇號搭載有4.8kg钚238，因此可以持續產生約2000瓦（2kW）的熱能，并且在14年后還能有80%的能量輸出。這個能量遠高于太陽能電池板提供的能量，跟一輛小摩托車的發動機功率相當了，適合用于巨大的好奇號火星車。

　　當然，光有熱能還不夠。波音公司與愛達荷國家實驗室共同研發了一種叫多任務放射性同位素熱電轉換器（Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator，簡稱MMRTG）的裝置，可將這塊核燃料2kW的熱能轉換成125瓦的電能，剩余的熱能可用于加熱車載設備。其一天的總發電量可達2.5kWh，相比起來，老一代的火星車采用的太陽能電池板一天只能產生0.58kWh的電能。

　　當然區區125瓦的瞬時功率驅動一輛接近1噸的好奇號，即使在火星的重力下也依然困難。因此好奇還搭載有兩枚容量為4.2萬毫安時的鋰離子電池，兩枚鋰離子電池可利用MMRTG產生的電能充電，并且在短時間能輸出更大的峰值功率，以提供給好奇號的實驗設備以及行走時使用。

● 詳說好奇號火星車：車載電腦系統配置在10年前還是很強的

　　作為無人遙控可靠外星車，好奇號的車載電腦必須足夠全面。好奇號的車載電腦系統稱為RCE（Rover Computer Element），一共有兩臺。每一臺RCE具備256K EEPROM（電子可擦寫可編程只讀存儲器）、256M DRAM運行內存以及2G閃存型存儲器。聽起來一點都不給力，甚至還不如現在主流手機強。不過，所有存儲設備都進行過防輻射加固，以保證在外太空高能輻射的襲擊下依然能正常運行，這是一般存儲設備所不能比擬的。

　　RCE的CPU稱為RAD750，指令數性能是400MIPS。比起老一代火星車的35MIPS強了許多，但與如今大部分電子設備相比還是很一般（現在的手機超過2000MIPS都不是啥問題）。還是前面所說的道理，好奇號的車載電腦需要的不是極高的性能，而是能在外太空環境下工作的極強可靠性。真正需要負責計算的，是NASA老巢里那一堆超級計算機。當然硬件配置低還有另一個原因：好奇號的設計年份在2004年，以2004年的標準來說，RCE的電腦配置也算高了。

　　值得一提的是，由于好奇號RCE存儲設備容量相當有限，因此在從地球前往火星軌道直到降落在火星表面的過程中，RCE只安裝了太空巡航以及大氣層降落時所需的指令軟件。成功降落火星地表后，RCE就刪除了存儲設備中原有的軟件，隨后安裝上完整的地表任務操作軟件。

● 詳說好奇號火星車：遙遠的通訊

　　好奇號的“司機”身處遙遠而危險的地球，因此NASA與好奇號的通信尤為重要。為此，NASA為好奇號準備了兩種通訊網絡。第一種稱之為X-band微波通訊網絡。X-band是一種頻率為7.0-11.2GHz，波長為3.75-2.5cm之間的電磁波。好奇號上有一個專門用來與地球進行直接聯系的X-band天線。然而，由于地球與火星距離相隔遙遠，通常會有約0.5-1.5個天文單位的變化，因此即使是宇宙最快速度的電磁波往返于地球與火星間的一次通信延遲也達到8分鐘-超過20分鐘不等，平均通訊延遲為14分6秒。

　　通訊延遲還是小事，數據傳輸速度才是最大的問題。好奇號功率孱弱的天線只能達到32kbit/s（4kbytes/s）的傳輸速率，比遠古時代的“貓”速度還慢。這個速率傳輸一張1M的照片都要超過4分鐘。因此NASA還為好奇號準備了一個UHF收發器，它可以通過UHF中繼網絡，將數據發送到環繞火星軌道的奧德賽、火星偵察者、火星快遞三臺軌道衛星，使最高傳輸速率達到2Mbit/s（256kbytes/s）。

　　不過火星軌道衛星一天只能與好奇號通信幾分鐘，因此大部分時候還得依賴好奇號自身的X-band天線直接與地球進行龜速通信。另外，無論是X-band還是UHF中繼網絡，最終與地球的深空網絡（Deep Space Network）通信的還是通過X-band頻段。因為軌道衛星搭載有功率強大得多的通信設備，因此才能實現比好奇號本身快得多的通信速率。

● 詳說好奇號火星車：搭載數量眾多的科學儀器

　　好奇號所搭載的各項科學儀器在數量和質量上都達到了外星球地表探測器之最，無愧于MSL火星科學實驗室的稱號——好奇號就是一個可移動的實驗室。下面我們來看看這些科學設備：

　　SAM是好奇號最重最大的設備，達40kg，也是最重要的設備。它可以將機械臂末端采集的火星土壤樣本送入SAM內，并加熱到700-800℃，用氣相色譜儀等一起分析加熱樣本所產生的氣體，從而測定樣本中有機物的種類和含量。ChemCam可以通過發射激光來加熱樣本然后分析樣本產生光線的波長，從而確定樣本的礦物組成。同時ChemCam還可以在7米外仔細觀察火星巖石。這一切，都可以幫助人類更加了解火星的點點滴滴。