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　　   2019年2月13日，NASA在與已經失聯許久的機遇號火星車聯系800余次未果后，最終宣布任務結束。這一原計劃任務周期90天、最后竟工作15年的偉大任務，華麗謝幕。本文用10個篇章，為你重新回顧勇氣號和機遇號的偉大歷程。 

　　第一幕：任務艱巨，臨危受命 

　　   火星是整個太陽系中除地球外最適合開發的星球，人類也早在上世紀60年代便開始探測，但早期探測的失敗率很高，蘇聯甚至直到解體都未取得真正意義上的一次成功。在經歷上世紀60-70年代冷戰時期的瘋狂后，人類火星探測戛然而止，直到上世紀90年代才重新開始。但是很不幸，美國開局的火星觀察者號（1992年）失敗，俄羅斯開局的火星96號（1996年）也在升空后失敗。 

70年代維京一號任務拍到的火星全圖，這張藝術加工后的圖也隨后成為火星流傳最廣的“證件照”，但此后火星探測偃旗息鼓（圖源：NASA） 

　　   直到1996年，美國的全球勘探者號才迎來成功，與它一起前往的還有探路者號著陸器/旅居者號火星車，小小的旅居者號也在1997年成為人類第一輛成功著陸的火星車。相比較只能定點著陸的著陸器，火星車有個巨大的優勢：能夠移動，這一條就足以說明它們的價值。但它實在太小，僅為10多千克而已，攜帶的儀器自然不可能擁有復雜功能，僅僅工作了幾十天就宣告任務結束。人類迫切需要一個全面、復雜、多功能的火星車登陸火星。 

旅居者號、勇氣/機遇號與好奇號尺寸對比圖（圖修改自：NASA） 

　　   在這種需求下，NASA的火星探測計劃就正式立項了火星探測漫游者（Mars Exploration Rover，MER）項目，它包括兩個重量為185千克的火星車，MER-A和MER-B，二者完全相同且互為備份。但沒想到，1999年美國兩個抵達火星的任務再次面對浩劫：大氣勘探者號軌道器直接焚毀在火星大氣中，極地登陸者號則在距離地表僅40米處墜毀。在這種情況下，這兩輛火星車完成任務的壓力可想而知，失敗的代價使人類火星探測再次陷入低谷。 

　　第二幕：鼓足勇氣，抓住機遇 

　　   幸運的是，2001年發射的火星奧德賽號軌道器取得巨大成功，它可以為地面功率較低的火星車提供信號轉發，這意味著兩輛火星車任務可以在2003年順利踏上旅程。 

　　   兩個火星車任務是千載難逢的航天大事，NASA和世界主要科研機構都意識到了公眾參與科研項目、尤其是普及科學知識的重要性，因此這兩顆火星車命名采取了小學生征文比賽的方式。最終，年僅9歲、小學三年級的索菲·克里斯獲得此次征文大賽的桂冠，她最經典的一句話也成為兩個火星車命名的來源：“我之前住在孤兒院，黑暗、陰冷、孤獨。每當夜幕降臨，我總是仰望天空繁星以排解憂傷，夢想著自己有一天能飛至太空。在美國，我的夢想終于可以成真，謝謝你給我的“勇氣”和“機遇”。” 

　　   因此，這兩輛火星車雙胞胎兄弟被最終命名為勇氣號（MER-A）和機遇號（MER-B）。而事實上它們還有兩個“堂兄弟”留在地球上用來測試，其中一個和它們的科學儀器、結構、重量幾乎一模一樣，用來測試各個儀器工作情況；另一個則輕一些、幾乎不攜帶儀器，僅用來模擬火星重力下重量對機體結構的影響。 

勇氣號（左）和機遇號（右）成功發射（圖源：NASA） 

　　   兩個探測器分別在2003年6月10日和7月7日乘坐巨大的三角洲2火箭順利升空，它們采用了一條長達200余天的漫長霍曼轉移軌道前往火星，并在次年1月份先后抵達。 

　　第三幕：死亡七分鐘和氣囊彈跳 

　　   火星降落從不是一件容易的事情。火星引力低于地球，存在稀薄大氣，但可以像著陸地球一樣，使用空氣阻力摩擦和進一步降落傘結合的方式減速。由于速度較快，摩擦能產生巨大的熱量會不斷在探測器表面積累，達到驚人的2100攝氏度（好奇號火星車降落過程）。但是，火星大氣也過于稀薄，僅有地球1%不到，它的減速作用有限，所以不可能像地球一樣使用降落傘即可完成最終減速。 

　　此外，火星距離地球最近也在5000萬千米級別，這已經意味著將近6分鐘的往返通訊延遲，實際還要考慮二者自轉造成的遮擋，實際時間遠大于此。整個登陸過程不可能由地球上人工控制和監測完成，從探測器開始進入火星大氣邊緣，到最終火星著陸，只有7分鐘左右時間，必須靠自己。雖然著陸時間短暫，全程卻有上千個操作要獨立進行，任何一個環節出問題都會導致功虧一簣。例如2016年10月19日，歐空局斯基亞帕雷利號著陸器在執行任務時最后一刻失敗，直接撞向火星表面粉身碎骨。否則它的著陸地點亦是機遇號火星車所在的子午線高原，如果成功它們將成為并肩戰斗的伙伴。只是結果無比遺憾！ 

　　在進行大氣減速、降落傘減速后，探測器降落裝置必須利用反推火箭工作。但自帶反推火箭會導致探測器底部被巨大的燃料箱、發動機、傳感器等占據，一旦降落后就會成為死重，非常不適合應該自由移動的火星車執行任務。 

反沖火箭/氣囊彈跳著陸方案，可以明顯看出來反推火箭下方吊放著氣囊，氣囊中包裹著探測器（圖源：NASA） 

　　最后勇氣號和機遇號的選擇方案是氣囊彈跳方式：降落傘脫離后，依然采取火箭反推方案進行減速和懸停確定著陸地點。不過此時著陸器又分成兩個部分，一部分攜帶有反沖火箭和燃料罐，另一部分則將火星車折疊后牢牢包裹在巨大的氣囊中。著陸器確定好著陸區域后，會將氣囊彈出并用繩索牢牢吊住，穩步下降命令下達后繩索斷裂。氣囊在距離火星地表數米處釋放，隨后在地面經過多次彈跳后穩定下來。巨大氣囊內部往往有平衡設備，能保證氣囊停止后折疊的火星車跟地面保持正確的姿態，隨后氣囊打開，火星車緩緩展開并駛出，這個技術在探路者號任務時已經成功驗證。 

探路者號使用氣囊的地面測試，可以看到相比折疊后僅僅幾十公分高的著陸器，高達數米的巨大氣囊體積驚人，勇氣號/機遇號的氣囊與之類似（圖源：NASA） 

　　第四幕：龜速移動的火星“車” 

　　   為了成為一個可以移動的車，勇氣號和機遇號必須裝載額外的動力、成像和導航系統，這在定點著陸的任務中是基本不存在的。兩個探測器動力都來自兩塊背上的太陽能電池板，它們采用了當時地球上最為先進的多結太陽能光伏電池、可以吸收并利用太陽多個光譜中的能量，但由于火星表面太陽能遠不如地球豐富且大氣中布滿沙塵，在最好的狀態下太陽能僅能提供每天900瓦特小時的能量，不到一度電，平均下來工作效率普遍在半度電水平。 

勇氣/機遇號火星車（圖源：NASA） 

　　   而當火星爆發全球性沙塵暴時，漫天的黃沙會急劇減弱太陽光照且附著在太陽能電池板表面，使得一天的產能僅僅為100瓦特小時的能量，火星車必須進入休眠狀態。即便是天氣最好、高峰時的900瓦特小時，這些能量僅能讓地球上的普通熱水器工作半個小時，只能維持一個40瓦的老式燈泡亮一天。為了充分利用能量、尤其是避免夜晚時沒有能量來源，在火星車上還背了兩個7千克重的鋰電池以儲能。 

　　   考慮到這兩個火星車是個高1.5米、寬2.3米、長1.6米、有6個輪子的龐然大物，還要完成復雜的通訊、導航、科研、數據分析處理功能，這點電力就很有限了。這跟大家想象的火星車在火星表面馳騁的場景完全不同，事實上兩輛火星車的運動速度是以厘米/秒來計算，它們倆的“飆車”極限速度僅有5厘米/秒，而平均運動速度僅有1厘米/秒。 

　　根據它的自我防護系統，它還要每開10秒就停下來20秒檢查地形、避免風險。所以實際上火星車開的效果是：花了10秒鐘，往前爬了大概一個人類手掌的長度，然后停下來喘息20秒鐘，再繼續努力往前爬。 

　　第五幕：價值連城的“超級名車” 

　　   火星車還必須攜帶有大量圖像拍照系統以輔助導航和自我軌跡判斷，畢竟火星上可沒有人幫它們指路，必須自給自足完成。因此，它們都攜帶了一個全景相機、導航相機安裝在1.5米高的頭部，身上還需要攜帶四個避險相機拍攝前后左右以避免危險，可謂是標準的“畏首畏尾”。沒有辦法，畢竟這是個極其精密、造價高達4億美元的一輛車，經過大致計算，平均下來大概每克的價值就接近15000人民幣，這可比一輛用純黃金（金價大約一克300人民幣）做的車貴太多了。 

把勇氣號和機遇號叫做人類智慧的結晶，絲毫不為過（圖源：NASA） 

　　   不僅如此，它小小的能量依然要支持與地球的通訊，但顯然這個能量太弱了，遠遠不夠直接把信號發回地球。因此它們的選擇方式是依賴其他“前輩”幫忙轉發和傳遞信號：美國的奧德賽號、全球勘探者號、MAVEN、偵察軌道器等都相繼為它們提供過數據傳輸服務。 

　　   在解決了動力、導航、通訊等核心問題后，終于到了最重要的方面：科研！雖然能量有限，兩輛火星車依然攜帶了非常先進且高度集成化的科研儀器，它們基本都安裝在火星車前部伸出的機械“手臂”上面。這也是無奈之舉，因為整個背上幾乎都是太陽能電池板，底部又全部是動力系統和結構系統。 

　　在手臂上，既有穆斯堡爾譜儀、阿爾法粒子X射線光譜儀、磁體儀這種能夠詳細解讀巖石和土壤中化學成分的儀器，也有熱輻射光譜儀（裝于頭部）和顯微成像儀這種能從遠處和微觀的近處觀察土壤結構圖像的設備。當然，為了輔助這些儀器得到研究的樣本，還需要一個研磨工具，將巖石粉碎。在使用儀器時，火星車需要停下來，將大部分能量集中在機械臂上，機械臂把帶有儀器們的前端緩緩抬到要研究的地方放下，儀器才可以開始工作。 

　　第六幕：火星探測，使命必達 

　　   按照計劃，勇氣號著陸在古瑟夫隕石撞擊坑（Gusev Crater），這個170千米寬的超級撞擊坑可能隱藏著火星土壤的深層秘密；機遇號著陸在子午線高原（Meridiani Planum），這里曾經被發現存在大量的結晶赤鐵礦，這意味著在遠古時代這里極有可能是火星巨大的海洋/湖泊所在地。 

人類所有已在和將在（火星2020）火星上留下痕跡的火星著陸地點分布（圖：Haibaraemily改自NASA） 

　　   兩個小家伙抵達火星后果然不負眾望，為我們帶來了海量科研成果，大大補充了“前輩”維京一號/二號、探路者號/旅居者號任務的研究成果。它們進一步分析了火星土壤成分，相比較地球土壤中基本50%是水和空氣、5%是有機物、45%是礦物質和金屬而言，火星土壤中僅僅有2%的水和空氣，而余下的98%都是礦物質和金屬。此外，在火星土壤中還首次發現了鎳和鋅元素，這二者理應來自火星深層內核，這個發現意味著火星表面的土壤可能源自火山噴發而來，也就是火星億萬年前劇烈地質活動時期的產物。 

　　   勇氣號曾經在一塊火星巖石上進行過“深層次”研究，它鉆出了一個4.5厘米直徑、0.5厘米深的洞，幾乎是一個嬰兒的手掌般。看似人類可以輕松做到，但對勇氣號而言已經著實不易：這是它一動不動鉆探了兩個小時的結果。經過分析這塊石頭的基本結構，科學家們發現只有可能水的參與才會形成這些微型紋理和孔洞。 

機遇號發現的“藍莓”一般的赤鐵礦結晶（圖源：NASA） 

　　   它的“兄弟”機遇號則詳細研究了大量類似地球上的玄武巖、表面覆蓋了多層不同物質，它還去了一個富含粘土的山丘，以及一個遠古湖泊的底部，那里發現了包括赤鐵礦（一種鐵銹）在內的含水礦物質，它甚至在撞擊坑底部觀測到了水流淌過后的痕跡，這意味著也許今天火星地下依然可能存在液態水。機遇號也比較幸運遇到了一個來自太空的禮物：它找到了一顆鐵鎳構成的隕石，也是人類首次在外星球找到隕石。 

　　   這些都印證了火星在遠古時期擁有溫暖潮濕的環境。不過，它們經過研究化學成分后推出結論：火星曾經的海洋和湖泊并不像地球上的水體一樣溫和，而是絕大部分水體呈現強酸性，并不適合絕大部分地球生命生存。它們的研究遠超于此，不過限于篇幅沒法全部展開了。 

　　第七幕：我們征服太空，不是因為它簡單，而是因為它很難 

　　   在勇氣號和機遇號出發前往火星前，2001年9月11日，美國遭遇了歷史上最嚴重的恐怖襲擊，紐約標志性的兩座世貿大廈轟然倒塌。這次襲擊造成近3000人殞命，且相當一部分是參與救援的消防員們，給美國造成了巨大的損失，事后全世界陷入了哀悼的氣氛之中，這兩個探測器也不例外。但正如它們的名字，代表了人類要越挫越勇的心情，在事后的遺跡清理過程中，科學家們利用找到的金屬材料制作了一個特殊的線纜保護罩，它用來保護巖石粉碎工具。 

帶有國旗的保護罩原料來自世貿雙塔的遺跡（圖源：NASA/JPL） 

　　   此外，它們的著陸地點也成為了紀念碑。其中，勇氣號的著陸地被叫做“哥倫比亞紀念碑”，這是為了紀念2003年2月1日哥倫比亞號航天飛機返回期間解體的災難；相應地，機遇號的著陸地被叫做“挑戰者紀念碑”，為了紀念1986年1月28日挑戰者號航天飛機在起飛期間解體的災難。在這兩個載入人類史冊的航天災難中，各自有7名宇航員殞命，成為歷史之最。 

　　   正如肯尼迪總統的名言：“我們選擇登陸月球，不是因為它簡單，而是因為它很難”。兩輛火星車，也肩負著人類的偉大使命。 

　　第八幕：老兵不死，創造奇跡 

　　   這兩輛火星車的原計劃工作時間都是90天左右，科學家們認為90天之后火星空氣中的沙塵就會覆蓋滿太陽能電池板，導致能量過低而無法繼續工作。但沒想到的是，火星上劇烈的沙塵暴和大風天氣卻幫了忙，風吹去了蓋在太陽能電池板表面的塵土，讓它重新暴露在太陽光的照射之中而獲得新生。雖然在2007年火星巨大的沙塵暴中、99%的陽光被沙塵遮蔽了數月而導致這兩個兄弟險些任務失敗，但它們通過休眠方式在比地球風速快10倍以上的惡劣環境中最終幸存下來，贏得新生。 

勇氣號傳回地球的最后一張全景照片，這里就是它長眠的地方（圖源：NASA/JPL/Cornell） 

　　   在這種情況下，勇氣號一直堅持工作到2011年3月22日才宣告任務結束，此前它已經經歷了輪子故障不能轉動、且在2009年時就陷到軟土中根本無法動彈，但它依然在那個坑里堅持工作了兩年之久直到失聯，那里成了它最終的墓地。 

　　而機遇號情況好很多，它曾經也陷進過一片碎石沙地中，不過后來依靠地球上兩個“堂兄弟”的各種模擬才最終花了一個半月時間逃離，那一小塊地區也因此被重新命名為“地獄沙丘”。從此之后它更加小心，一直工作到2018年年中。 

　　   但后期的機遇號也在慢慢老去，每天的機上計算機會不斷重啟，工作一段時間就會自動清空數據存儲，它猶如沉沉暮年的老人一樣患上了“癡呆癥”和“失憶癥”，讓人惋惜又深感無奈。 

機遇號拍到的火星，這恰好對應了阿波羅登月時奧爾德林感慨的“華麗的荒涼”（圖源：NASA） 

　　   勇氣號和機遇號雖然移動速度極慢，但超長服役的結果卻使它們成為了最優秀的火星車。勇氣號共計工作了2269天，機遇號工作了5000多天。機遇號以平均1厘米/秒速度運動創造了在太空中最遠行駛里程的記錄，它已經在火星表面行進了45千米以上，早已超過前蘇聯在1973年發射的月球車二號（Lunokhod 2）在月球表面創造出的39千米的記錄。機遇號就好比是龜兔賽跑里的烏龜，雖然慢但一直堅持到了最后的勝利。 

　　   不過悲劇的是，2018年火星又出現了席卷全球的巨大沙塵暴，機遇號由于能源問題再次陷入沉睡。年底沙塵暴消退后，NASA嘗試了800多次聯系都未能將其喚醒，最后只得宣布放棄。我們目前已經永遠失去了這兩個火星車。 

　　第九幕：華麗終章，亦是開始 

　　   勇氣號和機遇號雖然任務已經結束，但它們的華麗終章并未結束。它們的巨大成功再次掀起人類火星探測的高潮，在此之后有一系列探測器抵達火星并長期工作。 

　　   2003年6月，歐洲火星快車軌道器和小獵犬二號著陸器抵達，軌道器至今仍在工作； 

　　   2006年3月，美國火星偵察軌道器抵達，至今仍在工作； 

　　   2008年5月，美國鳳凰號著陸器抵達； 

　　   2012年8月，美國好奇號火星車抵達，至今仍在工作； 

　　   2014年9月，美國MAVEN大氣專家軌道器抵達，至今仍在工作； 

　　   2014年9月，印度曼加里安軌道器抵達，至今仍在工作； 

　　   2016年10月，歐洲ExoMars軌道器和斯基亞帕雷利著陸器抵達，軌道器至今仍在工作； 

　　   2018年11月，美國洞察號著陸器抵達，至今仍在工作； 

“核動力”的好奇號火星車，幾乎是勇氣號/機遇號的5倍大，各方面能力全面升級（圖源：NASA） 

　　   未來的2020年，中國、美國、俄羅斯/歐盟等，都將有新一輪火星探測任務前往火星，火星將迎來最為繁忙的一段時間。毫無疑問，它們的研究成果，將會大大超越勇氣號和機遇號。 

　　第十幕：下一站，火星 

　　   人類已經幻想了火星探測數萬年，航天時代的實地探索也嘗試了60年，這一切還在不斷加速。所有人都在等待征服火星的那一天，人類從此可以被定義為一種全新的物種：一種來自于地球的、可跨行星生存的生物。 

機遇號在2018年失聯前最后一張“完整”自拍，成為它的絕唱（圖源：NASA） 

　　   然而，60年來，人類發射的火星探測任務成功與失敗大約各占一半。當我們在緬懷勇氣號和機遇號永遠長眠在火星時，還有火星二號、火星三號、火星六號、火星七號、福波斯一號、福波斯二號、極地登陸者號、深空二號、火星96、福波斯·土壤號、小獵犬二號、斯基亞帕雷利號并未成功降落在火星。這僅僅是失敗的著陸器名單，而如果算上軌道器，這個名單會更長。探測火星，真的很難。   

　　   老兵不死，他們只是老去。這些長眠在火星的探測器已經成為了人類文明的新地標，未來的征程，我們依舊在路上。