本文来源：学术头条，作者：学术头条，编辑：曹绮桐、刘艺馨、周子嫄，头图来自：视觉中国
美国太平洋时间 7 月 30 日上午 4：50/美国东部时间上午 7：50，也就是北京时间 7 月 30 日（周四）下午 7：50，美国国家航空航天局（NASA）当下最先进的火星探测车——“毅力”号预计将从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地 41 号发射场发射升空。
其任务是寻找形成于 35 亿年前的火星三角洲 Jezero 火山口上的古代微生物生命迹象，收集和存储可能包含外星生命最初证据地质样本，并有朝一日将其带回地球。预计火星着陆时间为 2021 年 2 月 18 日。
如果错过了 7 月 30 日的第一次发射时机，在接下来的三周时间里，即从 7 月 30 日持续到 8 月 15 日，每天都有大约两个小时的发射窗口，只不过每天发射窗口的时间都在变化。
一、直播攻略
7 月 29 日全天，卡纳维拉尔角和喷气推进实验室的 NASA 专家团队将直播发射倒计时及交流。
直播地址：https://www.youtube.com/nasa
发射活动结束后，任务组成员将召开新闻发布会。
直播地址：https://www.youtube.com/nasa
注：时间表是初步的，随时可能更改。直播活动结束后，点播录制的视频也将在YouTube和Ustream页面上提供。
二、数据详解
发射总质量（包括火箭、“毅力号”火星车和“首创号”火星直升机）：约 117 万磅（53.1 万公斤）
“毅力号”火星车探测器详解
质量：大约 2260 磅（1025 公斤）
尺寸：长约 10 英尺（不包括机械臂），宽 9 英尺，高 7 英尺（长 3 米，宽 2.7 米，高 2.2 米），机械臂长约 7 英尺（2.1 米）
载荷：130 磅（59 公斤），包括 7 台仪器：Mastcam-Z、火星环境动力学分析仪（MEDA）、火星氧气原位实验资源利用率（MOXIE）、行星 X 射线仪（PIXL）、火星地下实验雷达成像仪（RIMFAX）、扫描可居住环境的曼光谱仪（SHERLOC）和超级相机
样本采集系统：用于样本采集和表面分析的钻头，1 个 1.6 英尺（0.5 米长）长的内部样本处理臂和 43 个样本采集管
麦克风：1 个摄像头在超级摄像机上，1 个在月球车侧面，摄像用于公众观看，以及为随后的火星进入、下降和着陆提供分析资料
此外还有由美国能源部提供的多任务放射性同位素热电发电机（MMRTG），利用钚-238 的自然衰变产生约 110 瓦的稳定电流。当需求暂时超过 MMRTG 的电力输出水平时，两种锂离子可充电电池可以满足火星车的峰值需求。
“首创号”火星直升机详解
质量： 4.0 磅（1.8 公斤）
高度：1.6 英尺（0.49 米）
转子系统：两条反向旋转的叶片，直径 4 英尺（1.2 米），转速大约在 2400 rpm
机身尺寸：0.446 英尺、0.64 英尺、0.535 英尺（13.6 厘米，19.5 厘米,16.3 厘米）；四条支撑架，每条支撑架约 1.26 英尺（0.384 米）长，使直升机在地面上有0.427 英尺（0.13 米）的净空距离。
相机系统详解
“毅力号”将携带 25 台相机前往火星，这是深空探索史上最大规模的一次。
火星车上共 19 台摄像头：9 台工程用（彩色）摄像机；3 个用来辅助火星车的进场、下降、着陆（其中，1 个是黑白摄像头，用于地形相对导航，2 个是彩色摄像头，用于进场下降着陆，公众视频传播，以及工程改造）；2 个全景摄像机（支持彩色和放大）；1个超级相机（彩色）；2 个拉曼和荧光光谱仪；1 个行星 X 射线仪（黑白，有一些彩色功能）；1 个火星环境动力学分析仪（黑白）
背面 3 个摄像头：彩色，用于抬头捕捉降落伞画面
降落台上有一个摄像头：彩色，从上面俯瞰月球车
2 台独创性相机：1 个彩色斜视地形图像和 1 个黑白导航
其它数据
登陆火星时间： 暂定于 2021 年 2 月 18 日，美国东部时间下午 3：30（太平洋标准时间下午 12:30）
着陆地点：Jezero 陨石坑,大约纬度 18 度，经度 77 度
光（无线电）从火星到地球的单向时长：2021 年 2 月 18 日时大约为 10.5 分钟
任务持续时间：至少 1 火星年（约地球上的 687 天）
能够收集的样本数量：至少 30 个
“首创号”飞行测试时间：30 火星天（约地球上的 31 天）
火星尺寸：大约是地球的一半，但是月球的两倍。
火星质量：约地球质量的 10%
火星重力：约地球重力的 38%
火星轨道：椭圆轨道，比地球离太阳远 1.5倍（从太阳到火星平均约 1.415 亿英里或 2.277 亿公里）
1个火星年：地球上的 687 天
1个火星日：24 小时 39 分钟
火星大气：大约地球表面大气密度的 1%
火星温度：表面平均温度为零下 64 华氏度（零下 53 摄氏度），从极地夜间的零下 199 华氏度（零下 128 摄氏度）到赤道正午距离太阳最近的 80 华氏度(27 摄氏度)
资金投入数据
美国宇航局已经投资了大约 24 亿美元来建造和发射火星 2020 毅力号任务。在执行主要任务期间，着陆和运行“毅力号”火星车的费用大约是 3 亿美元。
美国国家航空航天局已经投资了大约 8000 万美元来建造火星直升机，并投资了大约 500 万美元来运营这架直升机。
三、任务详解
火星 2020 任务的关键阶段是发射、巡航、到达（也称为进入、下降和着陆），以及火星表面操作。
在为期至少一个火星年（约 687 个地球日）的主要任务期间，“毅力”号对耶泽洛陨石坑的探测将解决火星探测的高度优先科学目标，包括有关火星上生命潜力的关键问题。
火星车的天体生物学任务将搜寻古代微生物生命的迹象，描述地球的气候和地质特征，并为将来返回地球收集样本。毅力号还将收集有关应对未来人类火星探险挑战的技术知识，并证明其可行性。
作为一项技术演示，一架别具匠心的火星直升机也将贴着毅力号火星车的腹部，沿着火星飞行。
为什么要在这个发射期？
火星离地球非常遥远，是月球与地球距离的数百倍，目前最先进的探测器从地球飞到火星，大约需要七八个月。而又因为地球和火星都在围绕太阳运转，两者的相对位置不断变化，所以当它们距离最近时，即太阳、地球和火星同处一条直线上，此时发射探测器更加“经济”。
地球与火星的这个会合周期是 26 个月，所以每 26 个月会出现一次“宝贵”的火星探测发射窗口期。
2020 年有短短几周时间，太阳、地球和火星成一条直线，地球与火星之间的距离最短，不到 5400 万公里，是火星探测器发射的最佳时机，如果错过这种情况直到 2022 年才会再次出现。
在可能的日期范围内选择发射周期的一个优先事项，是在着陆过程中优先考虑通信，这种时间安排的目的是使轨道飞行器能够接收到来自航天器的无线电信号，在其降落大气层和着陆过程中，这样工程师们就可以知道每个阶段发生了什么。
发射
美国联合发射联盟（ULA）Atlas V 541 两级运载火箭将从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军站的41号发射场发射火星 2020 号飞船。运载火箭代号中的数字“541”表示一个 5 米（17 英尺）的短有效载荷整流罩、4 个固体火箭助推器和 1 个单引擎的半人马座上层。飞船高 197 英尺（60 米）。
这将是“阿特拉斯”号火箭第 11 次发射火星，也是继 2005 年美国宇航局火星勘测轨道器、2011 年“好奇”号火星探测器、2013 年“马文”号轨道飞行器和 2018 年“洞察”号着陆器之后，阿特拉斯五号的第五次发射。
在发射后大约 50 至 60 分钟（取决于实际发射时间），火星 2020 号飞船将与运载火箭分离，独自完成剩余的火星之旅。
运载火箭的关键活动，事件时间取决于启动日期和时间
飞船将在发射后 70 到 90 分钟之间开始与地面通信（同样取决于发射时间）。通信时间的变化是由于每次发射时航天器在地球阴影中的时间。地球的阴影阻挡了光线到达航天器的太阳能电池板，太阳能电池板为通信无线电提供电力。任务控制员不想在飞船处于阴影中时打开收音机，因为这会在它们无法充电时耗尽电池。
行星际巡航
从地球到火星的飞行距离约为 3.09 亿英里（4.97 亿公里），约需 213 天，这便是任务的巡航阶段。
巡航阶段从航天器与运载火箭分离时开始。在巡航期间，“毅力”号火星车及其下降平台被保护在一个被称为“空气外壳”的太空舱内；该外壳连接在一个圆盘状的太阳能巡航平台上。
在巡航期间，工程师们执行一系列旨在检查航天器子系统和仪器的活动。在这一阶段，他们还进行了前三次“弹道修正机动”。火星飞船到达目的地的位置，是为飞船设计一个特定的飞行路线。
由于火箭的某些部分没有像航天器那样彻底清洁，火箭最初被指向一条不指向火星的轨道，以避免意外地将不需要的地球物质运送到这颗红色星球上。
火星着陆前的最后 45 天是进近阶段，主要集中在导航活动上。在这一阶段计划进行两次弹道修正机动，以便对进入目标进行最后的调整（如果需要）。
进入、下降和着陆
进入、下降和着陆（EDL）阶段开始于航天器到达火星大气层顶部时，速度约为 12100 英里/小时（19500 公里/小时）。大约 7 分钟后，EDL 结束，火星车停在火星表面。
大气进入
飞船进入大气层前 10 分钟，脱离巡航阶段。该航天器将利用一种称为“引导进入”的技术操纵其降落到火星大气层中，以缩小目标椭圆形状的火星着陆区域的大小，同时补偿火星大气密度的变化。在制导进入过程中，位于弹壳背面的小型推进器将调整升力的角度和方向，使航天器能够控制其飞行距离。
峰值加热发生在大气进入后约75秒，此时隔热罩外表面的温度将达到约 2370 华氏度（约 1300 摄氏度）。
毅力号正朝着美国宇航局迄今为止最大的火星登陆挑战前行。耶泽洛陨石坑是一个 28 英里宽（45 公里宽）的撞击盆地，有一个有趣的古老的三角洲，还有陡峭的悬崖边、沙丘、巨砾场和较小的撞击坑。为了确保安全着陆的最大概率，任务增加了新的 EDL 技术，即距离触发和地形相关导航。
着陆阶段
火星车应该在火星下午着陆——大约是当地平均太阳时下午 3：45（具体时间取决于实际发射日）。不久之后，火星车的计算机从进入、下降和着陆模式切换到地面模式。这启动了在红色行星表面的第一个火星日自主活动。
火星的一天，是 24 小时 39 分 35.244 秒。（毅力号团队成员倾向于在火星白天工作，而不是地球日，因为火星车将在火星白天工作，而在火星之夜“睡觉”）毅力号火星车的计划使用寿命为火星表面一年。
初检
“毅力”号的团队将在前 90 个 sol（火星日）上对探测器的所有部件和科学仪器进行测试。这段“检查”期确保了包括团队在内的一切准备就绪，可以进行地面作业。对于这 90 个 sol，操作团队将致力于火星时间，这意味着他们将把时钟设置为火星日（比地球日长约 40 分钟）。这使他们能够快速响应漫游者在其工作日中遇到的任何问题，并确保修订后的说明已准备好用于下一个 sol。
在火星时间上工作也意味着团队成员每天将开始时间推迟 40 分钟。最终，团队成员将在半夜醒来开始轮班。
在调试的前 16 个 sol 中，毅力号将：
展开桅杆和高增益天线；
开始对着陆点进行成像；
升级月球车飞行软件；
对所有仪器进行健康检查；
表演“健美操”，松开手臂，测试它的动作；
进行短距离驾驶测试；
把肚盘放在漫游车下面，这样可以在着陆时保护直升机；
整个调试阶段在着陆后大约30个sol结束，这取决于活动进行得如何。
直升机飞行试验
在这段时间内，毅力号需要找到一块平坦的区域，来作为“智慧”号火星直升机的停机坪。火星车将在这一区域的中心部署独创性，并驾驶一段安全距离。作为技术演示的一部分，直升机团队将有多达 30 架sol 在火星上进行一系列飞行试验。
地面作战
在这些实验直升机飞行结束后，毅力号将开始其表面操作阶段，届时该小组将执行其雄心勃勃的科学任务：寻找古代微生物生命的迹象，描述火星的气候和地质特征，并收集精心挑选和记录在案的样本，以备将来重返地球。关于毅力的科学目标的更多信息，请参阅本新闻包的科学部分。
在为期一年的火星任务期间，火星车的活动将受到限制，例如 2021 年 9 月，太阳在火星和地球之间出现，干扰了两个行星之间的传输，这将导致火星车的活动受到限制。为了在现有的时间内最大限度地进行科学研究，任务小组提前计划了行动计划，并在科学家研究数据时增加了应对新发现的灵活性。
四、关于毅力号火星车
“毅力号”探测车是在美国宇航局在南加州的喷气推进实验室建造的，里面装载了先进的科学仪器、用于着陆的超强计算能力和其他新研发的系统。截至目前，“毅力”号是美国宇航局建造的最大、最重的火星探测器。
“毅力号”之毅力精神
事实上，毅力号相关的概念研究和早期技术工作早在 10 年前就开始了。
登陆另一颗行星、寻找古代生命的迹象、收集样本，每一项任务都将非常困难。这些挑战正是美国宇航局在“为火星车命名”竞赛中从 28000 个候选名字中选择“毅力”这个名字的原因。特别是在冠状病毒大流行期间，启动前的几个月需要创造性地解决团队合作问题。
正如弗吉尼亚州伯克布拉多克湖中学（Lake Braddock Secondary School）的亚历克斯马瑟（Alex Mather）在获奖文章中所写的那样，“我们是一种探索者，在通往火星的路上，我们将遭遇许多挫折。然而，我们可以坚持下去。我们，不是作为一个国家，而是作为人类，不会放弃。”
2. 建立在前浪们的经验之上
美国宇航局在火星上的第一个探测车叫索杰纳，只有一个微波炉大小。1997 年索杰纳号火星车进行了人类历史上第一次在火星表面和地球系统以外的巡视探测。
之后的火星探测车，勇气号和机遇号，都是高尔夫球车的大小，在 2004 年着陆后，他们发现了火星在变成冰冻沙漠之前曾有水存在的证据。
和汽车差不多大小的好奇号探测器于 2012 年登录火星。好奇号发现，它的着陆点盖尔陨石坑（Gale Crater）在数十亿年前曾是一个湖泊，那里的环境可能曾支持过微生物生命。
所以，毅力号的目标就是迈出下一步，寻求回答天体生物学的一个关键问题：火星上是否有过去微生物生命的潜在迹象，或生命特征?
3. 将在极有可能发现生命存在迹象的地方着陆
杰洛陨石坑是一个 28 英里宽（45 公里宽）的陨石坑，位于 Isidis Planitia 的西部边缘，火星赤道以北，是一个巨大的撞击盆地。而科学家推测，在遥远的过去，这个陨石坑可能是一个绿洲。
在 30 亿到 40 亿年前，那里有一条河流流入一个像太浩湖那么大的水体，沉积着富含碳酸盐矿物和粘土的沉积物。“毅力号”科研小组认为，这个古老的河流三角洲可能积聚并保存了有机分子和其他潜在的微生物生命迹象。
4. 收集关于火星地质和气候的重要数据
火星轨道飞行器一直在杰洛陨石坑上方约 200 英里（322 公里）处收集图像和数据，但要想在火星表面找到古代生命的迹象，还需要更近距离的观察。
所以就需要流浪者般的毅力，前往了解火星过去的气候条件，解读火星岩石中埋藏的地质历史。这一任务将使科学家对火星在遥远的过去是什么样子有更丰富的了解，研究这颗红色星球的地质和气候，也能让我们了解为什么地球和火星——它们由相同的原始物质形成——最终却会如此不同。
5. 往返火星之旅的第一步
对火星上远古生命的验证需要大量的证据。而“毅力号”是第一个将样本储存系统带到火星的漫游者，该系统将为未来的任务带回有希望的样本。