NASA的火星2020任務(wù)，毅力號(hào)火星車，著陸已經(jīng)有一個(gè)多月了，相關(guān)的科研任務(wù)正在開展，美國(guó)的科學(xué)家和工程師們也開始了對(duì)數(shù)據(jù)的初步分析。出乎小編意料的是，最早一批科學(xué)數(shù)據(jù)產(chǎn)出，居然包含了毅力號(hào)“鐵鍋燉自己”的關(guān)鍵數(shù)據(jù)！

　　所謂“鐵鍋燉自己”中的“鐵鍋”，指的是毅力號(hào)的“隔熱罩”；這口鐵鍋還有一個(gè)“鍋蓋”，就是毅力號(hào)的“背殼”。毅力號(hào)在進(jìn)入火星大氣層時(shí)，高速與大氣層摩擦并壓縮前方的空氣，導(dǎo)致這口鍋被加熱到數(shù)千攝氏度，壓力也遠(yuǎn)高于靜壓，活像一只高壓鍋。

　　進(jìn)入火星大氣層的過(guò)程非常兇險(xiǎn)，全靠這口大鍋保護(hù)火星著陸器，因此，其性能至關(guān)重要。如何評(píng)估這套隔熱罩和背殼的效果呢？NASA工程師在這層殼子上安裝了很多溫度和壓力的傳感器，及其管理系統(tǒng)，統(tǒng)稱為MEDLI2（The Mars Science Laboratory Entry Descent and Landing Instrument 2）。它記錄了毅力號(hào)“鐵鍋燉自己”過(guò)程中，殼子各處的重要溫壓數(shù)據(jù)。4月1日，NASA在其官網(wǎng)上發(fā)布了工程師對(duì)這段數(shù)據(jù)的分析成果。

　　眾所周知，毅力號(hào)火星車是好奇號(hào)火星車的親兄弟，二者的設(shè)計(jì)基本一樣。MEDLI2與好奇號(hào)火星車的MEDLI也是基本相同的。MEDLI主要用于測(cè)量著陸器進(jìn)入火星大氣層時(shí)的空氣熱環(huán)境、隔熱罩淺表面的材料性能、大氣層密度、以及幫助著陸器穩(wěn)定方向。它會(huì)在著陸器進(jìn)入火星大氣前五個(gè)小時(shí)左右開機(jī)，一直工作到著陸器的超音速降落傘展開后約10秒，并在隔熱罩分離前的幾秒完全關(guān)機(jī)。

　　MEDLI2包含了三大類傳感器，熱電偶、熱流計(jì)、壓力傳感器。這些傳感器的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)預(yù)處理之后，會(huì)傳輸至毅力號(hào)火星車上暫存，等著陸成功，一切安全之后再回傳地球。

　　鐵鍋的壓力

　　壓力傳感器測(cè)量的是隔熱罩上的壓力，隔熱罩是著陸器的迎風(fēng)面，直觀地想，隔熱罩上的壓力應(yīng)該會(huì)和著陸器的迎風(fēng)速度、火星大氣層的密度正相關(guān)。

　　圖中可見，隨著時(shí)間的推移（著陸過(guò)程的推進(jìn)），壓力在不斷降低，呈現(xiàn)近似指數(shù)下降的規(guī)律——與此同時(shí)，速度也是隨時(shí)間降低的。在圖線中的①段，著陸器進(jìn)行了數(shù)次旋轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)，用于調(diào)整氣動(dòng)指向，導(dǎo)致壓力發(fā)生波動(dòng)。在圖線中的②段，著陸器拋出了數(shù)個(gè)配重塊，通過(guò)改變重心調(diào)整了自身的姿態(tài)，姿態(tài)的改變導(dǎo)致了表面壓力的改變。到圖線的③段，超音速降落傘打開，速度急劇降低，壓力也隨之急劇降低。不到10秒，MEDLI2關(guān)機(jī)，數(shù)據(jù)中斷。

　　在這之后，毅力號(hào)火星車會(huì)先拋掉“鐵鍋”隔熱罩，再拋掉“鍋蓋”背殼，然后靠反推火箭和天空吊車慢慢著陸。

　　鐵鍋的溫度

　　毅力號(hào)與我國(guó)的天問(wèn)一號(hào)設(shè)計(jì)不同，他是直接從火星的飛掠軌道降落到火星地面。因此，其進(jìn)入火星大氣層時(shí)的相對(duì)速度非常高，可以達(dá)到約5500米每秒，超過(guò)20倍火星聲速，其降落過(guò)程可以說(shuō)是非?！盎鸹◣чW電”。根據(jù)MEDLI2的測(cè)量，在隔熱罩內(nèi)，峰值溫度達(dá)到了約1000℃，對(duì)應(yīng)隔熱罩外表面約1400℃。

　　這溫度很高，而且會(huì)持續(xù)數(shù)分鐘，一般來(lái)說(shuō)，航天器再入大氣層時(shí)，都會(huì)在隔熱罩上覆蓋厚厚的一層“燒蝕劑”來(lái)吸收和發(fā)散熱量?？墒腔鹦翘綔y(cè)器上，每一克質(zhì)量的發(fā)射成本遠(yuǎn)超黃金，燒蝕劑帶多了當(dāng)然就是浪費(fèi)。NASA的工程師于是在隔熱罩里埋設(shè)了11個(gè)熱電偶傳感器（跟家里測(cè)量油鍋溫度的溫度計(jì)是同類），一方面，增強(qiáng)溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性；另一方面，如果某一個(gè)熱電偶損壞了，說(shuō)明那個(gè)位置的燒蝕劑用完了。

　　整個(gè)實(shí)驗(yàn)做下來(lái)，可以說(shuō)是收獲頗豐，也可以說(shuō)是毫無(wú)收獲——布置的11個(gè)熱電偶一個(gè)都沒壞，說(shuō)明隔熱罩非常充分。換句話說(shuō)，隔熱罩上的燒蝕劑的量“需要重新評(píng)估”。下一次美國(guó)人的火星探測(cè)器的隔熱罩，可能會(huì)再輕盈一些。

　　幫助燉好下一鍋火星探測(cè)器

　　最近幾個(gè)月以來(lái)，各路自媒體和官媒，已經(jīng)為大家反復(fù)科普了，為什么美國(guó)的火星車是直接著陸的，而我們的火星車要在軌道上先觀察三個(gè)月再著陸。一言以蔽之——美國(guó)人經(jīng)驗(yàn)豐富。哪怕是這么一個(gè)不夠完美的隔熱罩，也是他們幾十年技術(shù)迭代的結(jié)晶。我們中國(guó)人第一次造訪火星，當(dāng)然必須慎之又慎，哪怕不得不犧牲火星車的部分性能。

　　經(jīng)過(guò)數(shù)十年的技術(shù)總結(jié)，美國(guó)人已經(jīng)能夠相對(duì)好地預(yù)測(cè)著陸器進(jìn)入火星大氣層的過(guò)程中的溫度和壓力情況。在NASA發(fā)布的這條“鐵鍋燉自己”的新聞中，他們表示，峰值的壓強(qiáng)與團(tuán)隊(duì)的預(yù)期相符。

　　MEDLI2的團(tuán)隊(duì)將會(huì)繼續(xù)深入研究這短短一段數(shù)據(jù)大約六個(gè)月，用于增進(jìn)NASA對(duì)火星大氣層、對(duì)再入大氣層過(guò)程的了解，以期能幫助后續(xù)的火星任務(wù)，甚至是未來(lái)前往土衛(wèi)六（泰坦）的著陸任務(wù)。

　　一方面，越是深入了解火星再入過(guò)程中的氣動(dòng)特性，未來(lái)NASA的火星任務(wù)著陸點(diǎn)就能夠越精確；另一方面，掌握了隔熱罩和背殼的性能參數(shù)，這兩件必要但卻非核心部件就能做得更輕更高效。畢竟，從隔熱罩里摳出1kg的質(zhì)量來(lái)，探測(cè)器就能多帶1kg的科學(xué)設(shè)備。

　　當(dāng)然，如果不出意外，NASA是不會(huì)和我國(guó)的航天部門分享這方面的數(shù)據(jù)的。不過(guò)倒也不必著急，想必未來(lái)我國(guó)的經(jīng)驗(yàn)也會(huì)越來(lái)越豐富的。

　　最近一段時(shí)間，毅力號(hào)火星車將會(huì)不斷有新的進(jìn)展，小編也還在持續(xù)關(guān)注。不過(guò)，我還是更期待幾個(gè)月以后，天問(wèn)一號(hào)的精彩表演！

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