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1.4.6 空间探测器

《机器人构建实战》本书是“卓越之星”的姊妹篇,是在机器人设计制造领域的两个不同平台,是一本基础的介绍机器人设计与搭建的指南,能够帮助更多的人了解机器人的设计、搭建、编程、控制等关键环节,为读者提供更加丰富的设计思路和实践创意。 本节为大家介绍空间探测器。

作者:丘柳东/王牛/李瑞峰/陈阳来源:人民邮电出版社|2018-01-12 20:36

1.4.6 空间探测器

空间探测器(Space Probe)又称深空探测器或宇宙探测器,是对月球和月球以外的天体和空间进行探测的无人航天器。空间探测器装载科学探测仪器,由运载火箭送入太空,飞近行星进行近距离观测,或着陆进行实地考察分析。

火星探测器是一种用来探测火星的人造卫星,主要用来研究火星的地质结构,探寻生命特征。最早发射火星探测器的是前苏联,比较出名的火星探测器有勇气号、机遇号和好奇号。

(1)勇气号火星探测器

2003年6月10日,勇气号火星登陆探测器从美国的卡纳维拉尔角空军基地发射升空,在206个昼夜中完成长达4.8亿km的星际旅行。于2004年1月3日在降落火星表面后将面临着巨大的挑战:寻找火星上可能存在的生命。

① 外形构造。勇气号长1.6m、宽2.3m、高1.5m,重174kg。探测器前部伸出一个桅杆式结构,装载双目视觉观测四周环境,如图1.12所示。以轮式运动为主,为了适应不同地形,6个轮子安装在可活动的关节机构上,能够改变其高度与朝向。使用一个多关节机械臂作为主要的探测机构,上面带有多种工具。例如,显微镜成像仪、穆斯鲍尔分光计和阿尔法粒子X射线分光计,可以用来分析岩石的构成,在机械臂上还有一个精致的钻探设备,能在火星岩石上打出直径45mm、深约5mm的洞,为研究岩石内部提供方便。

② 工作原理。勇气号依靠餐桌大小的太阳能电池板获得能源,理想情况下每天最多可在火星上漫步20m。由于火星上沙尘暴和尘卷风并没有预计的严重,使得探测器的除尘功能有效发挥,太阳能帆板寿命延长,最终的科学考察时间(预定为90天)大大延长。

③ 勇气号的探索历程。

2003年6月10日发射、2004年1月3日着陆火星表面。 根据原本的设计,工作寿命只有3个月。

因为太阳能电池板的蒙尘,勇气号的电力供应一直在持续下降,2005年3月12日和2009年2月6日两次大风吹散了尘埃,电力得到恢复。

2006年,6个车轮中的右前轮失灵。

2009年5月,在通过特洛伊沙地时,车轮陷入软土,其中一个故障又使勇气号无法动弹,之后的观测一直被限制在原地,此后有过几次解救行动但都失败。

2010年1月26日,NASA宣布放弃拯救,勇气号从此转为静止观测平台。

2011年3月22日,NASA最后一次联络上勇气号。

2011年5月25日,NASA在最后一次尝试联络后结束勇气号的任务。

(2)机遇号火星探测器

机遇号火星探测器(见图1.13)于美国东部时间2003年7月7日启程,追随先行一步的勇气号火星探测器,踏上了前往火星找寻水和生命存在的痕迹的旅程。

机遇号提供的证据表明,在过去的某个时间,火星表面曾流淌过水。并证实火星远古时期更温暖和潮湿,而非现今的遍布灰尘的寒冷沙漠状态。

机遇号打破了地外天体的运行距离纪录,达到42.195km,超越了前苏联的月球2号,行驶距离比阿波罗登月时使用的月球车还远。

(3)好奇号火星探测器

好奇号火星探测器(见图1.14)是美国第四个火星探测器,也是第一辆采用核动力驱动的火星车,总价值达到25亿美元。2011年11月,好奇号火星探测器发射成功,顺利进入飞往火星的轨道。2012年8月6日成功降落在火星表面,展开为期两年的火星探测任务。

2013年9月,好奇号火星车发现,火星表面土壤按质量算约2%是水分,这意味着每立方英尺(约0.03m3)的火星土壤能够获得约1L的水。今后如果有人登上火星,只需在火星表面铲起土壤,然后稍稍加热,就可获得水。

2014年12月9日,好奇号采集到的数据揭示了火星盖尔陨坑中心位置的夏普山的形成之谜:夏普山极有可能是数百万年前大型河床的沉积物累积、风化形成的,而这对证明火星上曾存在湖泊的假设给出了有力支持。

2015年6月18日,好奇号在火星陨石样本中发现大量甲烷,证明了火星上有微生物存在。

好奇号还将对火星的气候及地质情况进行评估,为美国实现将宇航员运送至火星进行探索做准备。

(4)嫦娥三号月球探测器

嫦娥三号月球探测器(见图1.15)是嫦娥工程二期中的一个探测器,是中国第一个月球软着陆的无人登月探测器。由月球软着陆探测器和月面巡视探测器(又称“玉兔号”月球车)组成。为了能够应付极端温度条件下的恶劣环境,嫦娥三号采用了全球首创的热控两相流体回路以及此前从未在星上用过的可变热导热管,攻克在月球表面生存的难题。

嫦娥三号于2013年12月2日在中国西昌卫星发射中心发射,12月14日成功软着陆于月球雨海西北部,15日完成着陆器巡视器分离。

嫦娥三号的科学任务有:调查月表形貌与地质构造;调查月表物质成分和可利用资源;探测地球等离子体层和进行月基光学天文观测。


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