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罗莎琳德·富兰克林号

罗莎琳德·富兰克林号（Rosalind Franklin）[4]，原名火星地外生物探测车（ExoMars rover），是一辆计划中的火星车，它是欧洲空间局和俄罗斯国家航天集团合作的火星地外生物探索专案的组成部分[5][6]。罗莎琳德·富兰克林号原定于2020年7月发射[7]，但后来被推迟到2022年[8]。

罗莎琳德·富兰克林号
在2009年英国全国天文会议上展示的ExoMars探测车原型
任务类型火星车
运营方欧洲空间局 · 俄罗斯国家航天集团
网站exploration.esa.int/mars/48088-mission-overview/
任务时长≥ 7个月[1]
航天器属性
制造方Astrium · 空中客车
发射质量310千克（680磅）
功率1,200 W 光伏阵列/1142 W·h 锂离子电池[2]
任务开始
发射日期待定[3]
运载火箭待定
发射场待定
承包方待定
火星探测车
航天器组件巡视器
着陆日期待定[3]
着陆点欧克西亚高原
ExoMars计划
 

一旦成功登陆火星，罗莎琳德·富兰克林号将和俄罗斯的哥萨克舞登陆器（英语：Kazachok）（又译：小哥萨克登陆器）分离，并开始为期七个月的探测任务，其目标是寻找火星过去存在生命的依据。火星微量气体任务卫星将作为罗莎琳德·富兰克林号和哥萨克舞登陆器的信号传递卫星。

罗莎琳德·富兰克林号以英国物理化学家罗莎琳·富兰克林命名。

历史 编辑

 
罗莎琳德·富兰克林号火星车以罗莎琳·富兰克林命名。

设计 编辑

罗莎琳德·富兰克林号火星车是一辆六轮太阳能光伏探测车，质量大约是300公斤，约比2004年的火星探测漫游者火星车勇气号和机遇号重60%[9]，但只有后来的好奇号及毅力号火星探测器质量的三分之一。

罗莎琳德·富兰克林号将搭载一台可钻地2米的样本采集钻孔机以及分析实验室抽屉（英语：Analytical Laboratory Drawer、ALD），支援“巴斯德酬载”科学仪器。它将寻找过去生命的生物分子或生物标记[10][1][11][12][13]。

建造 编辑

罗莎琳德·富兰克林号的主要制造方空中客车国防航天英国分部从2014年3月开始就积极地获取关键的零部件[14]。2014年12月探测车的经费获得欧洲空间局成员国的批准[15]，但因为资金不足原定的发射时间被推迟到2020年[16]。探测车的轮子和悬吊系统由加拿大MDA公司制造，费用则由加拿大航天局支付[14]。每个轮子的直径为25 cm（9.8英寸）[17]。

俄罗斯国家航天集团负责提供在夜间给电子元件保温的放射性同位素加热器[5][18]。在2018年到2019年间，罗莎琳德·富兰克林号由空中客车国防航天在英国组装完成[19]。

发射时间 编辑

2020年3月因为降落伞测试的问题欧洲空间局将发射时间推迟到2022年8月到10月间[8]，之后发射时间又被调整到从2022年9月20日开始的为期12天的发射窗口[3]。2022年3月17日，受俄罗斯入侵乌克兰影响，欧洲航天局宣布终止与俄罗斯合作，其中包括将要携带罗莎琳·富兰克林号前往火星的ExoMars任务。[20]

命名 编辑

2018年7月欧洲空间局向公众征求探测车的名字[21]。2019年2月7日ExoMars探测车被命名为罗莎琳德·富兰克林号以纪念对DNA、RNA、病毒、煤炭和石墨的分子结构研究做出卓越贡献的英国女科学家罗莎琳·富兰克林（1920年－1958年）[22]。

导航 编辑

 
在2006年柏林航展期间展示的ExoMars早期试验模型
 
在2007年巴黎航展中展示的另一款罗莎琳德·富兰克林号探测车的早期试验模型

ExoMars计划要求罗莎琳德·富兰克林号火星车在火星表面以每火星日70米的速度行驶，以达到预期的科学目标[23][24]。火星车将在着陆后至少工作7个月并行驶4公里的距离[14]。

由于罗莎琳德·富兰克林号透过火星微量气体任务卫星和地面控制人员联系，而火星微量气体任务卫星大约在每个火星日只经过火星车两次，地面控制人员无法有效地为其作导航，所以罗莎琳德·富兰克林号被设计为可在火星地表自行导航[25][26]。

探测车搭载的两台立体相机（NavCam和LocCam）可以让它绘制出3D地形图[27]，导航软件则透过地形图观察探测车周边的地形，从而令探测车能够避开障碍物，寻找出一条通往地面控制人员指定目标的高效路径。

为了协助探测车自动导航系统的研发和测试，位于英国斯蒂夫尼奇的空中客车国防航天分部的一座“火星场”于2014年3月27日对外开放。火星场长宽分别为30米（98英尺）和13米（43英尺） ，一共容纳了300公吨（330短吨；300长吨）的砂石，以便模拟火星上的地质环境[28][29]。

科学仪器 编辑

 
2009年的ExoMars探测车模型

巴斯德酬载 编辑

罗莎琳德·富兰克林号探测车将寻找两种类型的生物标记：形态生物标记和化学生物标记。它将不会分析大气样本[30]，因此并不配备专门的气象站[31]，然而部署罗莎琳德·富兰克林号的哥萨克舞登陆器则配有一个气象站。重26千克（57磅）[1]的科学酬载包含以下测量及分析仪器[5]：

 
2010年的ExoMars探测车设计图
 
2013年在阿他加马沙漠中测试的ExoMars模型
 
2015年剑桥科学节上展示的ExoMars探测车模型

PanCam全景相机 编辑

PanCam全景相机可为探测车绘制数字地形图并且搜寻过去的生物标记[32]。在一些诸如撞击坑或岩壁等不易抵达的地点，PanCam全景相机也能拍下高分辨率的照片，从而为其他科学仪器提供支持。此外PanCam全景相机还包括了一个校准目标（PCT），框标（英语：Fiducial marker）（FidMs）以及探测车检测镜（RIM）。

红外光谱仪 编辑

红外光谱仪（ISEM）[33][34]将分析火星矿物的特性。它将和PanCam全景相机一道挑选合适的样本以供其他的仪器进一步的分析。

WISDOM透地雷达 编辑

WISDOM透地雷达将探索火星地表以下的地层，协助筛选可供采集分析样本的有趣的岩石组[35][36]。借助探测车内部的电子设备，透地雷达可利用安装在在探测车后方的两个维瓦尔第天线来传输及接收信号。在土壤中电磁参数突然发生转变的那些地方，穿透地表的电磁波将会被反射。透过研究这些反射现象从而绘制出地层地图并勘测地表下2至3米（7至10英尺）的目标是有可能的，这和探测车的钻孔机可达到的2米（6.6英尺）深度相当。这些数据，连同从其他的测量仪器得到的数据以及对先前采集到的样本的分析，将会被用来协助钻孔机的工作[37]。

ADRON-RM中子光谱仪 编辑

ADRON-RM中子光谱仪用来寻找火星地表下水冰和水合矿物质[33][34][38][39]。中子光谱仪装在探测车内部，它将结合WISDOM透地雷达探测地表以下并寻找钻地及采集样本的合适地点。

火星有机分子分析仪 编辑

火星有机分子分析仪（MOMA）是罗莎琳德·富兰克林号搭载的最大的科学仪器，安装在分析实验室抽屉（ALD）之中。它将在收集到的样本中对有机分子进行高敏感度的全面搜寻。火星有机分子分析仪采用两种不同的方法提取有机物：软激光解吸（英语：Soft laser desorption）和热挥发。MOMA的研发工作由马克斯·普朗克太阳系研究所带领，国际合作伙伴包括NASA[40]。质谱仪由戈达德太空飞行中心提供，气相色谱仪则由法国机构LISA和LATMOS提供。紫外线激光器由汉诺威激光器中心（德语：Laser Zentrum Hannover）研发[41]。

近距离图像传感器（CLUPI） 编辑

CLUPI近距离图像传感器可以在近距离（50 cm/20英寸）内从岩石样本获取高分辨率图像。CLUPI配备了两面镜子和一个校准目标。

火星地表下研究多光谱图像传感器（Ma_MISS） 编辑

这是在岩芯钻（英语：Core drill）内部的红外光谱仪[42]。它透过观测钻孔侧壁来研究地表下地层，以便了解水关联矿物质的状况和分布情况，以及火星的行星物理环境的特征。为了能够在科学上精确阐述火星岩石形成的原始条件，Ma_MISS的分析结果和数据将起到关键性的作用[5][43]。

MicrOmega高光谱影像仪 编辑

MicrOmega高光谱影像仪将对钻孔机采集到的已碾碎的粉末物样本进行高光谱影像分析[5][44]。

拉曼激光光谱仪 编辑

拉曼激光光谱仪（RLS）是一台装在分析实验室抽屉（ALD）之中的拉曼光谱仪，它将协助辨识有机化合物和寻找生物标记。拉曼激光光谱仪所提供的关于火星地质及矿物质方面的信息和MicrOmega高光谱影像仪获取的信息具有互补性。它是一种非常实用的技术，可以快速地辨别水关联过程所产生的矿物相[45][46][47]。

酬载支援功能 编辑

罗莎琳德·富兰克林号最大的优势在于它能从火星地表下获取并分析几乎不受宇宙线影响的样本。ExoMars岩芯钻是意大利生产的，继承了早前的DeeDri系统，而且包含了火星地表下研究多光谱图像传感器（Ma_MISS）[48]。它被设计为可在最深为2米（6英尺7英寸）的各种类型的土壤中获取土壤样本。岩芯钻将提取直径为1 cm（0.4英寸），长度为3 cm（1.2英寸）的岩芯样本，然后把样本放入分析实验室抽屉（ALD）的岩芯样本运输机制（英语：Core Sample Transport Mechanism、CSTM）的样本容器中。它将会完成两次2米垂直探测实验循环，其中每一次循环获取四份样本。这意味着岩芯钻将获取不少于17份样本以进行下一轮的分析[49][50]。

已被排除的仪器 编辑

 
2013年的尤里仪器设计方案

酬载计划经过了数次变更。上一次主要的变更是将原本更为大型的探测车概念改成先前2012年的300千克（660磅）设计[33]。

X射线晶体仪 编辑

在原计划中，X射线晶体仪（Mars-XRD）可应用X射线粉末衍射（英语：Powder diffraction）来检测晶体矿物质的成分[51][52]。此外该仪器的X射线荧光技术还可以提供关于原子组成的有用信息[53]。假如能够检测出碳酸根，硫化物或其他水溶液矿物质的存在就意味着火星有能力保留生命的迹象。换句话说，X射线晶体仪可以探测火星过去的环境状况，尤其是辨识生命存在的条件[33]。

尤里仪 编辑

尤里仪原计划是打算用于搜寻火星岩石及土壤中的有机化合物。运用升华流程及毛细管电泳辨别氨基酸是有可能的，检测方式可以用由激光激发的荧光，这是一种非常敏感的技术。这种检测手段比起维京号登陆器生物实验（英语：Viking lander biological experiments）还要敏感一千倍以上[33][54][55]。尤里仪器以美国化学家哈罗德·尤里命名。

小型穆斯堡尔谱仪 编辑

小型穆斯堡尔谱仪（MIMOS-II）可用于探测火星表面含铁岩石、沉积物和土壤的矿物成分。

火星红外测绘仪 编辑

火星红外测绘仪（MIMA）是一台用于探测火星地表和大气层的傅里叶转换红外光谱仪，可在波长为2－25微米的范围内运作[56]。

生命标记芯片 编辑

生命标记芯片（英语：Life Marker Chip、LMC）曾经是酬载计划的一部分。这台仪器使用表面活性剂溶液提取火星岩石和土壤样本中的有机物质，然后运用抗体化验（英语：Assay）来检测某种特定的有机化合物是否存在[57][58][59]。

着陆地点 编辑

 
欧克西亚高原的位置
 
欧克西亚高原的地质形态，选择欧克西亚高原的原因在于它具有保留生物标记的潜在性以及其平坦的表面

2014年10月，经过欧洲空间局委派的专家小组研究之后，被推荐的着陆地点一共有四处，将作进一步详细分析[60][61]：

2015年10月21日，欧克西亚高原被优先考虑为探测车的着陆地点，欧克西亚沼区和马沃斯谷为候补备选地点[39][62]。2017年3月，着陆地点挑选工作小组把候选地点名单缩小到欧克西亚高原和马沃斯谷[63]，2018年11月，欧克西亚高原再次被选中，只等待欧洲空间局和俄罗斯国家航天集团局长签字批准[64]。

当哥萨克舞登陆器平安着陆之后会运用斜面把罗莎琳德·富兰克林号释放到火星表面，然后登陆器会停留在原地并展开为期两年[65]的对着陆地点表面环境的探测[66]。

 阿克戎槽沟阿西达里亚平原亚拔山亚马逊平原阿拉伯高地阿卡迪亚平原阿尔及尔平原克律塞平原塞东尼亚区代达利亚高原埃律西昂山埃律西昂平原盖尔撞击坑希腊平原赫斯珀利亚高原霍顿撞击坑伊卡里亚高原伊希地平原耶泽罗撞击坑罗蒙诺索夫撞击坑李奥撞击坑米兰科维奇撞击坑涅瑞达山脉尼罗瑟提斯桌山群诺亚高地奥林帕斯山南极高原普罗敦尼勒斯桌山群太阳高原叙利亚高原坦塔罗斯槽沟群滕比高地塞壬高地塔尔西斯山群乌托邦平原水手号谷北方大平原
 该火星地形图为可互动图片，标注了火星表面各着陆器与火星车的位置，图片不同位置可查看相应信息，点击将跳转至相应条目。海拔以不同颜色呈现：白色和棕色表示最高海拔（+12至+8公里）；其次是粉色和红色（+8至+3公里）；黄色为0公里；绿色和蓝色为较低海拔（低至-8公里）。轴线为经纬度；极地地区有标注。
  活跃探测车   不活跃   活跃着陆器   不活跃  未来

参见 编辑

参考资料 编辑

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