火星探测车（用于火星探测的可移动探测器）

产品简介

火星是太阳系中唯一勉强与地球相似的行星，也是除地球外唯一有可能进化出生命的行星（另外可能孕育生命的星球还有冰冻的木卫二，但它只是木星的一颗卫星，并不是行星）

火星探测车

火星也是唯一可能被地球化而成为类似于地球的行星。

正是因为以上各种原因，人类已经向火星发射了30余艘不同的探测飞船。NASA（美国国家航空和航天局）的

火星探测车

2021年4月，2021中国航天日开幕启动仪式在江苏南京举行。^[1]

发展历程

最近的火星探测任务包括一对机器人探测车，称为火星探测车（MER）。为什么要把机器人送上火星而不是像探月那样直接把人送上去？

我们尚不具备将人送上火星的能力。这种谨慎的态度不是没有理由的。首先也是最重要的原因在于我们探索火星的历史记录不容乐观——各国总共向火星发射了30多个探测器，但只有不到三分之一成功抵达了火星。这显然不是什么好的记录，它无法鼓励我们把机器人探测器换成人类，至少在我们提高成功几率之前是这样。

其次是成本。后文中我们会知道，目前将一公斤重的机器人送上火星需要花费约五十万美元的设计和发射费用，而机器人不需要考虑复杂的生命保障系统，也不用担心返回的问题——这将为飞行任务节省很大的重量。另外，机器人不需要在火星表面软着陆。而要将一个小组的人员送上火星需要至少45,000公斤重的飞船、装备、食物和水（例如，每一个人将需要408公斤以上的脱水食品）。按照每公斤五十万美元计算，则总共花费1,000亿美元。而实际上，载人探测任务的单位重量成本很可能要高于机器人任务，因为需要为乘员保留相当大的安全裕度。

勇气号火星探测车

载人探测

综合以上原因，人类近期还不会将人送上火星。但是我们仍然可以用机器人来代替作业。火星探测车（MER）机器人就是这种思路的体现。

实际上，保证探测车在到达火星以后仍然可以工作是火星探测任务中最棘手的一环。设想在没有任何减速措施的情况下，尝试将一台复杂的机器人从10层楼扔下却又要使它保持完好无损（或者换成一台普通的DVD播放机）。这比起将探测车送上另外一颗行星上来说简直是不值一提。

火星探测车

发展历史

人类对地球的近邻－火星一直非常感兴趣。

火星车天文望远镜发明后，人类对火星的了解开始增加，但同时争议也在增加。如有人在火星上发现了“运河”，有人却认为只是心理暗示造成的错觉；火星的卫星火卫一、火卫二也曾被人认为是火星人制造的人造卫星。

鉴于火星是太阳系中表面环境与地球最接近的天体，很多人认为，火星上可能有“火星人”，至少有生物。

这些猜测使人类对火星的兴趣进一步提高。

因此，航天技术发展起来后，（前）苏联和美国都开始发射火星探测器。1962年11月前苏联向火星发射第一个火星探测器“火星1号”。此后的30多年，人类共向火星发射了30多个探测器。即有环绕火星飞行的轨道探测器，也有登陆火星的探测器。

这些探测器给人类带来很多信息，尤其是基本否定了火星上有生物的可能。

但还是有人认为，火星上也许只有局部地区有少量低等生物，固定的探测器无法找到；同时人类也想进一步了解火星更多地区的情况。

火星漫游车应运而生。

产品性能

20世纪70年代，NASA发射了一对“维京号”火星登陆器，当时所有的星际机器人都具有三个基本组成部分：

能够产生执行任务所需的能量。

能使用传感器收集信息。

能将收集的信息传回地球。

维京号”火星登陆器拥有可以伸出机械手来铲土，但是它们不能移动。

NASA首次实现移动的突破是在1997年火星探路者任务中。那是一台小型的探测车（仅重11公斤），能够离开探路者探测器运行5米并查看周围的岩石。

两代火星探测车

火星探测机器人

以下是探测车的功能：

探测车能够利用自身的太阳能电池板发电并将其储存到电池中。

利用装在桅杆上的一对高分辨率照相机，探测车可以拍摄立体的彩色地形照片。

探测车上装有独立的热辐射光谱仪，该光谱仪利用桅杆作为潜望镜以获得热学数据。

科学家选择地表上的一点，探测车就可以移动过去。探测车是独立运行（自动驾驶）的，因为无线电信号在地球和火星间传播的时滞太长，不适合使用遥控操作。探测车的前部、后部和桅杆上的三对黑白摄像机能使探测车看清楚周围的状况并实现导航以避开障碍物。探测车有6个轮子，每个轮子配有一台发动机驱动探测车移动。

探测车的小机械臂上装有一台钻孔机，探测车可以用它在岩石上钻孔。这种钻孔机的官方名称叫

岩石打磨工具

正在使用岩石打磨工具的探测车

显微照相机

探测车还有一台质谱仪，能够探测到岩石中含铁矿石的成分。质谱仪也安装在同一个机械臂上。

另外，机械臂上还装有阿尔法粒子和X射线分光计，用于侦测土壤和岩石放射的阿尔法粒子和X射线。根据岩石的这些性质能帮助确定它的成分。

探测车上三个不同的部位都装有磁铁。含铁砂粒会粘到磁铁上，这样科学家们就可以分别使用相机和分光计对它们进行观察和分析。

探测车上有三架不同的无线电天线，可以选择任意一个将所得数据传回地球

火星探测车

产品规格

要装下所有这些仪器设备、马达系统和发电器件要求探测车的尺寸很大——约有一台小型乘式割草机那么大。以下是相关数据

探路者任务使用的旅居者号火星车的复制品

桅杆

2.3米宽

1.6米长

174公斤重

最大速度：可能是30米/小时，每天最多行进100米。

全景照相机：

Pancam是一种多光谱的立体全景成像系统，包括两架置于桅杆上的数码照相机（位于火星地表上方1.5米处）。Pancam系统可以利用桅杆实现360度全方位和在正负90度的俯仰角下进行拍照。每个Pancam照相机使用一个有效成像面积为1024×1024的CCD监测器阵列。Pancam照相机有……一个16×16的视野。造价：一共大约是8.2亿美元（两辆探测车）

用于设计/开发环节的6.45亿美元+用于Delta运载火箭及发射的1.00亿美元+用于探测操作的0.75亿美元

内部特征

探测车的车身是一个叫做

电子

火星探测车

探测车的计算机中枢

锂电池

无线电及其放大装置

控制各种分光计等仪器的电子设备

基本上，所有无法抵御零下100度低温的器件都被置于恒温箱中。

恒温箱

工作状态下的各电子模块本身可以产生热量。以计算机为例，它的功率为7瓦，所以产生的热量与一盏7瓦电灯泡相当。

计算机可以打开多个功率为1瓦的小型电阻加热器来提升温度。

八个放射球（二氧化钚）中的钚原子发生衰变时能产生热量。这些球非常小——只有豌豆大小。小球被防辐射合金包裹着，装在碳纤维盒子中。一旦运载火箭Delta中途炸毁，或者飞船重新返回了大气层，这些盒子能够保证小球不发生核泄漏。

探测车的组件

探测车使用的是一台BAE systems公司生产的RAD6000型计算机。其处理器与早期Macintosh计算机使用的老式PowerPC处理器在结构上几乎是完全相同的。从今天的标准来看，这种处理器的速度很慢，只有20兆赫，大约是今天普通台式计算机速度的百分之一。它有128KB的RAM内存，256KB的闪存，以及用于存储启动代码和操作系统的ROM。该机没有磁盘驱动器。

虽然这种计算机速度很慢而且非常昂贵（每台20到30万美元），但是它们有两大优点：

耐辐射，能够抵御火星上的太空辐射。

采用Wind River Systems公司的VxWorks（PDF）实时操作系统，这是一个非常可靠的系统。

这种计算机使探测车的可靠性远远高于普通的台式计算机。这样做的原因是要保证探测车不会出现任何数据丢失或错误的现象。

计算机帮助探测车进行能源管理、图像处理、发动机控制和仪器设备管理。另外还负责导航任务。探测车有3对共6台导航摄像机，每组摄像机得到的立体图像都要交由计算机处理。利用双目视觉算法，计算机能够辨认出视野中不同岩石的大小以及距离。利用这些信息，计算机可以绘制出包含附近所有障碍物的地图，并操纵探测车在移动时避开障碍物。

能源

探测车上装有1.3平方米的高效率太阳能电池板来提供电能。探测车首次展开时，电池板很干净。由于季节的原因，正午时分的太阳辐射非常强烈——以火星上的标准来说。电池板的高峰发电功率大约是140瓦特，也就是每天发电约0.9千瓦时（用这些电能可以维持一盏100瓦的照明灯泡工作9个小时）。换言之，每个火星日当中只有6个小时的太阳光的强度足够支持太阳能电池板工作。

太阳能电池板

显示了探测车的后着陆板和火星视野

探索火星

让我们设想地球上的科学家选中了一块岩石，并命令探测车移动到足够近的位置使机械臂够得着目标。对于接下来发生的事，这篇Cornell News文章（2003年12月19日）进行了描述：

由于暴露于太阳、火星大气以及细微的火星尘埃下长达数十亿年，火星岩石上都覆盖了一层风化“外衣”，或称外表层。对此，“勇气号”和“机遇号”探测车携带的科学工具包中包括了岩石打磨工具（RAT）。岩石打磨工具使用一个带有金刚石钻头的自动磨削工具将岩石的风化外层磨掉，露出崭新的表面。

接触到岩石内部的原始部分对于解决以下两个问题是至关重要的：一是了解火星的地质历史；二是解决巴特利所宣称的“重大问题”，即这颗红色行星上是否曾经存在过水或者适合生命生存的环境？

火星探测车

岩石打磨

仅需两个小时，岩石打磨工具的磨削轮就可以从坚硬的岩石表面磨出一个直径和厚度均为两个5分镍币的圆孔。然后用两把刷子将孔中的岩屑扫干净，露出新鲜的表面以便近距离观察。

之后，照相机和分光计接手工作，透过磨削孔对岩石内部进行仔细的分析。为了让科学家了解岩石可能经历的风化过程，探测车还会纪录岩石打磨工具磨削岩石表层的时候三个马达的温度和实时数据。

通信特征

探测车收集到的数据还需要传回地球。所谓的数据包括照片、光谱信息和系统状态信息等等。另外，地面上的科学家和工程师们也需要向探测车传送指令和软件升级等数据。探测车有三种不同的无线电来负责通信。

第一种是低能耗、低速的

UHF无线电

第二种是高速UHF无线电，负责和两颗已运行在火星轨道的卫星进行通讯——“火星奥德赛”和“火星全球勘测者”卫星。当一颗卫星出现在探测车上空时，探测车会把数据快速注入卫星，持续的时间大概为8分钟（每次卫星通过时）。探测车能以每秒128Kbit的速度发送数据，使用的无线电功率为15瓦。接着，当地球出现在卫星视野中时，卫星利用2.5米长的天线和100瓦功率的无线电设备再将数据传回地球。这就是大部分照片数据返回地球的方式。每天通过这些通道传回地球的数据可达10MB。

火星表面上的“勇气号”的俯视图

探测车天线

日常工作

通常在一天当中，每台探测车会向地球发送照片、仪器数据和状态数据。科学家根据当天及前一天的数据来做出相应的决策。然后科学家借助高增益天线，透过3个小时的直接通讯窗口，将指令发送给探测车。在接下来的20个小时内，探测车自行工作，包括执行指令并将数据传给上空的两颗卫星。探测车的指令可能是命令它前往一块新的岩石、磨削岩石、分析岩石、拍摄照片或者使用其他仪器搜集数据。

探测车正在工作

信息传输

2021年5月17日8时，天问一号环绕器已实施第四次近火制动，顺利进入周期为8.2小时中继通信轨道。在这一阶段，环绕器的主要工作是做地球和火星之间的“信使”，进行“地火传书”。^[2]

火星车

各国设备

中国

2020年，中国发射首个火星探测器，一步实现“绕、落、巡”探测任务。中国首个火星探测器的轨道器工作时间约为一个火星年，相当于地球上的两年。火星车设计寿命为3个火星月，相当于地球上的92天。火星车装有4个太阳能电池板，搭载了13台（套）科学载荷，包括不同分辨率的火星遥感相机、能探测火星浅层结构的浅层雷达等，将探测火星的形貌、土壤、环境、大气，研究火星上的水冰分布、物理场和内部结构。为了规避火星极端天气的影响，中国火星车不仅设置了自主休眠和自主唤醒功能，还将使用独立自主地打造的多项“黑科技”。例如，火星车使用的热控材料是新型保温材料——纳米气凝胶，因为火星表面有稀薄的大气，必须针对这一特殊的太空环境采用新的保温材料。纳米气凝胶很轻，有非常好的隔热性能。此外，火星车还采用了铝蜂窝夹层、铝基碳化硅、复合纤维材料等多种新材料。中国火星车使用太阳能供电，从光照角度考虑，最理想的工作地点是火星赤道附近。但火星赤道附近地形复杂。综合考虑多方因素，中国火星探测着陆区初步选定在火星北纬5°至39°一带。

2020年7月22日，中国火星探测工程正式对外发布“中国首次火星探测任务天问一号1∶1着陆平台和火星车”。在即将实施的我国首次火星探测任务中，火星车将承载火星表面巡视探测等重要使命。7月23日12时41分，长征五号遥四运载火箭托举着中国首次火星探测任务“天问一号”探测器，在中国文昌航天发射场点火升空。

2021年4月24日，在2021中国航天日开幕启动仪式上，宣布中国首辆火星车名称为“祝融号”。

2021年5月17日，天问一号环绕器与祝融号火星车已建立器间通信链路，第一次通过环绕器传回火星车遥测数据。

美国

索杰纳火星车

1997年7月4日，美国“火星探路者”飞抵火星考察。“火星探路者”上执行火星探测使命的索杰纳火星车，有如一台微波炉一样大小，质量10.4千克，是一个有6个轮子的小机器人。

它主要探测和分析大量岩石和土壤的化学组成，所配的仪器为一台阿尔法质子X射线光谱仪。索杰纳火星车前部有两台黑白照相机，后部装有一台彩色照相机。可对附近目标拍摄特写镜头，其上还有一个调制解调器，所获得的探测数据通过该装置传到着陆器上，再由着陆器传回地面控制中心。

“火星探路者”降落在火星上6小时后，就向地面控制中心发回了第一批彩色照片，其中一幅360度全景照片显示出火星的地表活像地球上的荒漠，着陆点附近有一些鹅卵石，远处依稀可见约300米高的山峰和丘陵。火星岩石主要由石英、长石和辉石构成，这种组成与地球上的岩石非常相似。索杰纳火星车在探测器着陆点附近还发现了三种类型的土壤，在距着陆点几千米处发现一长形的浅陨石坑，这有可能提供小行星撞击火星的证据。

火星车许多火星照片还表明，在探测器着陆的阿瑞斯平原远古时曾发生过特大洪水。从照片上可清楚地看到因受强大洪流冲击而堆积的鹅卵石和岩石上留下的白色水痕。索杰纳火星车对火星岩石的分析，有利于支持火星上曾有过生命的论点。

索杰纳原来的设计寿命为7天，登陆器为30天以上。然而，索杰纳却工作了3个月，是原设计时间的12倍多。探路者的主发射机直到1997年9月27日才停止工作，它的微型辅助发射机直到10月6日仍发回信号，此后才陷入沉默之中。之后NASA的科学家们经过5个多月满怀希望的努力，想再与索杰纳及探路者取得联系，但终于以失败告终，于是他们把当地时间1998年3月11日下午1时21分作为探路者及索杰纳的死亡时间，这是在它登陆后的第250天。登陆器和火星车的寿命大大超出了科学家们的期望。

火星探测漫游者/旅居者号

1997年发射的火星探路者号探测器第一次释放了火星漫游车索杰纳号。但它仅有微波炉大小，重约10kg，不能离开固定的探测器（火星探路者号）太远。

2003年美国航空航天局（NASA）又开始了新的计划，发射“双胞胎”火星漫游车。

这两辆火星漫游车的官方正式名称为火星探测漫游者，代号MER（英文缩写），两车分别代号MER-A和MER-B。

2002年11月4日，美国航空航天局宣布与著名玩具公司乐高协作，举行“为火星漫游车命名”的竞赛。据悉，共有近万人参加了这项活动。美国亚利桑那州的9岁女孩，索菲·科利斯最终脱颖而出，成为优胜者。两车分别命名为勇气号和机遇号。

2003年6月10日，勇气号发射成功；同月25日，机遇号发射成功。2004年美国东部标准时间1月3日和24日（北京时间各晚一天）分别登上火星。

勇气号和机遇号均已获得了一些重要成果。例如，除了传回大量前所未有的高清晰度火星表面照片外，勇气号用小型热辐射光谱仪在着陆区观测到碳酸盐矿物存在的踪迹。这类矿物质被认为需要在有水环境中才能形成，这意味着火星表面可能存在过形成生命的重要条件——水。初步探测显示，勇气号周围区域碳酸盐富集程度似乎要高于火星整体的平均分布水平。但科学家们强调，小型热辐射光谱仪新探测到的碳酸盐究竟是火星大气中所含水气作用的产物，还是在火星表面有水的环境下形成的尚无从判断，需要对周围区域进行红外测量后才能回答。如观测发现碳酸盐集中在更粗大的物质中而不是在蓬松的尘土中，也许可以为古谢夫区域过去存在液态水提供支持。此前，另一探测器在火星轨道上已发现火星表面存在碳酸盐。

勇气号

美国航宇局于2004年1月10日宣布，勇气号已首次测量了火星上的温度。负责分析数据的一位科学家说，火星上的岩石温度要比由细小颗粒构成的物体温度低。那里目前白天最高温度约为5摄氏度，最低温度约为零下15度。

同年1月20日，该局喷气推进实验室宣布，勇气号首次对火星土壤进行了取样分析，获得了一批宝贵数据，并意外发现了此前没有料到的化学物质。科学家惊讶地发现，火星土壤里含有一种名叫橄榄石的化学物质，其形成通常与火山爆发有关。此外，科学家还在勇气号传回的土壤数据中发现了其它一些熟悉的化学元素，如铁、硫、氯、氩、镍和锌等，其中镍和锌属首次发现。他们据此推断，火星表土可能是由一层颗粒较细的火山岩组成的。

同年2月7日，勇气号成功地在一块玄武岩类岩石上钻出一个小洞。这是人类火星探测史上的首次岩石钻孔。它花了3小时，用机械臂上的磨具钻入一块名为“阿迪朗达克”的岩石，钻出的洞深 2.7毫米，直径45毫米，以分析火星过去的地质构造。接下来，它利用显微成像仪拍摄了岩石的显微照片。

2月10日，勇气号在火星表面行走了21.2米，打破了“旅居者”1997年创下的单日行走7米的纪录。2月16日，它再次刷新了纪录，走了27.5米。此前的2月15日，勇气号还利用机械臂勘查了一块与众不同的岩石。科学家把这块石头昵称为“米米”。它很可能蕴藏着丰富的火星地质史线索。

同年2月21日，勇气号将机械臂伸到火星表面的一道浅沟里，寻找那里曾经有水的线索。

同年3月5日，勇气号第一次找到火星上曾有水存在的证据。它对一块名为“哈姆佛雷”的岩石进行钻孔。科学家在分析矿物质成分后认为，该岩石在形成过程中或刚刚形成之初曾有水渗入，矿物质随水分进入岩石，形成结晶并留在岩石内部。

同年3月11日，勇气号从火星上拍摄到了地球的照片。这是人类首次获得从其它行星表面拍摄到的地球照片。照片拍摄于日出前1小时，其上的地球是一个“明亮的圆点”。照片是黑白的，但如果人站在火星车的位置眺望地球，可能会看到一个淡蓝色的星球。

该火星车拍到的另一张照片记录到一条又窄又短的光迹。科学家认为这可能是一颗流星，也可能是20世纪70年代升空的“海盗”2轨道探测器——它在完成探测使命后一直在围火星旋转。此外，它还拍到距地球约1500光年的猎户星座中多个明亮的星体。科学家称，拍摄天文照片并不在火星车的主要使命之列，但这些照片有助于研究夜间火星大气中的灰尘和水气含量。

同年4月1日，科学家又宣布，勇气号在其着陆区发现了火星上过去可能有水的新证据。它对一块名为“马扎察尔”的火星玄武岩进行探测发现，该岩石外部被多层不同的尘埃所覆盖。这一发现强有力地表明，古谢夫区域曾有自己的水源供应。探测显示，“马扎察尔”很显然曾受到过与流体有关的改造。不过曾在古谢夫存在过的水有可能是地下水，水量也许没有机遇号着陆的梅里迪安尼平原曾有过的水多。

机遇号

登陆较晚的机遇号也很有收获。2004年1月30日，它在着陆点附近发现了火星曾经有水存在的初步证据。它利用小型热辐射光谱仪发现了可能存在赤铁矿的线索，而这种矿物通常在有液态水的环境下生成。这暗示着火星上从前比现在更“湿润”，适合于生物生存

同年2月3日，机遇号利用显微成像仪首次拍到火星土壤的显微照片。科学家说很有可能在所拍摄的土壤内找到曾经有水存在的痕迹。

同年2月4日，科学家宣布，机遇号发现了一种非同寻常的“混合物”。这种物质由土壤、沙粒和一些很圆的卵石组成。这一发现引起科学家的极大兴趣。照片显示的卵石为什么那么圆。这些混合物究竟意味着什么？这项新发现是否证明火星曾一度温暖潮湿过？目前要回答这些问题还为时尚早。但机遇号的新发现，特别是那些圆圆的、个头不小的神秘卵石，无疑更激起了科学家们探究火星上水源线索的好奇与热情。

同年2月5日夜间，机遇号进行了首次行走，为寻找那里曾存在水的证据迈出了重要一步。它当日走了约3.05米，途中进行了土壤分析研究。此次行走的目的地是离着陆舱约4.6米的一处外露岩床。它于2004年2月6日抵达那里，进行了取样分析研究，以确定岩石中赤铁矿的含量。同年2月8日，机遇号传回这处火星岩床的显微照片。这有助于研究该岩床是不是在液态水环境下形成的。这处名为“斯努特”(Snout，意为“口鼻部”)的岩床位于着陆点附近的一个浅坑区。科学家认为，它是火星地质史的缩影，对其进行研究很可能找到火星上曾经有水存在的线索。机遇号还使用机械臂上的光谱仪研究了岩床的成分。

2004年2月9日，美国航宇局说，机遇号正在仔细“端详”“斯努特”上镶嵌的小石球。照片显示，这些小石球像“蛋糕上的蓝莓果”一样镶嵌在岩床上。科学家们在对这些石球的成因进行种种猜测后认为，其中3种假设最有可能成立：一是火山喷发时飘浮在空中的火山灰互相粘在一起结成石球；二是火山熔岩冷却时生成石球；三是某种液体(很可能是水)带着溶解的矿物质流经火山岩石时生成石球。如能证明“蓝莓果”的形成与火山喷发无关，则会大大增加火星上曾经有液态水存在的可能性。

同年2月11日，机遇号发回了令“科学家们激动不已”的火星岩层图像。美国航宇局在一份声明中说：“在以前发回的全景图像上，地质学家已看到一些火星岩石有细微的层次。新发回的图像显示，火星岩层并非像笔记本那样总是平行……如从某一角度细看，岩层有时相互交错。这些不平行的线条可能因火山活动、风或水的作用形成。”

在排除了机械臂故障后，美国航宇局于2004年2月17日宣布，机遇号在火星地表通过让带齿的右前轮快速旋转，开凿出一条长约50厘米、深8厘米的沟，以便深入观察和分析地表下土壤的化学成分，判断当地是否存在过液态水。

同年2月19日，机遇号在火星土壤中发现一种神秘的发光圆球。虽然还不清楚发光的具体原因，但科学家肯定绝非单纯的光学效果。2月22日，它又发现神秘的线状物。

2004年2月24日，机遇号成功地对火星表面一块坚硬的岩石钻洞，并拍摄了洞内的细节。

2004年3月11日，机遇号拍摄到了火卫一遮挡太阳的火星日食照片。这将帮助科学家确定火卫一的飞行轨道，以便让目前绕火星飞行的轨道探测器对其进行近距离观测。此前它还拍到了火卫二遮挡太阳的火星日食照片。从地球上看，天空中月亮和太阳的圆面大小几乎相同，因此在日全食时，月亮几乎可以完全遮住太阳圆面。而火星比地球距太阳远，在火星上看到的太阳只有地球上看到的约2/3大。但火星的卫星非常小，因此在火星上看日食时，火星的卫星只能遮住不到太阳圆面的一半。

同年3月23日，美国宇航局公布了机遇号的又一重大发现：最新探测结果显示，火星表面过去可能部分为咸海所覆盖。这一结果为火星上可能曾存在支持生命的环境提供了新证据。机遇号对着陆区域附近岩层形状和岩石中所含某些化学元素进行的探测表明，其中一些岩石可能是在缓缓流动的一片咸水底部形成的。火星车项目首席科学家斯奎尔斯指出，机遇号停靠的位置，过去可能是一块咸海的海岸线。不过，科学家也强调说，根据机遇号目前搜集到的线索，尚无法判断该区域何时存在过液态水，究竟被液态水覆盖了多长时间以及咸水区面积到底有多大。这些都要进行进一步探测才能给出答案。同年4月17日下午，安装了升级版电脑软件的机遇号在火星上创纪录地行驶了近3小时，跑完一个马拉松式的长途，轻松驶出140.9米，创下人造火星车在火星上单日行车距离的新纪录。这大大超出它自己此前保持的火星单日行车里程纪录，也大于“旅居者”火星车1997年在火星上考察3个月行驶距离的总和。在结束这次长途旅程后，机遇号在火星上的累计行驶里程达到627.7米，突破了600米大关。美国航宇局科学家曾将行车600米作为判断机遇号和勇气号原定使命成功与否的硬指标之一（勇气号已在此前两周达标）。机遇号在这次破纪录之旅中，在大多数路段上都凭借新的自动导航软件来引路。控制人员称，新软件将使火星车机动性得到提升，能在火星上跑得更远。

2004年4月26日，机遇号完成第90个火星日的探测，步勇气号后尘，一举通过所有“考核标准”。孪生火星车探测计划至此正式宣告取得圆满成功。科学家和工程师事先设立了一系列硬指标，作为判定两辆火星车联合探测计划是否成功的依据。按照规定，除行驶总里程至少达到600米外，每辆火星车都要至少工作90个火星日（约相当于地球上的92天），至少造访8个不同地点，并必须拍下周围环境的立体和彩色全景照片。另外，两辆火星车还需至少在60天中同时处于工作状态。

此前，有关官员在4月8日正式宣布，航宇局已批准将勇气号和机遇号的探测使命延长到2004年9月13日，也就是勇气号1月3日在火星着陆后的第250个火星日前后。这相当于火星车原定探测寿命的约3倍，即超期服役5个多月。

控制人员在综合考虑多种因素后认为，延长火星车探测使命是可行的。比如，测试结果显示，火星车上的设备至少在270个火星日内都能承受火星昼夜温度变化的影响。另外，火星车上的众多马达虽然会随时间推移而磨损，但它们工作到9月中旬应该没问题。如果届时两辆火星车状况依然良好，有可能还会继续延长探测使命。科学家和工程师将考虑让两辆火星车“越冬”，即让它们进入冬眠模式，在2005年春天时再唤醒它们，恢复工作。为延长寿命，航宇局已决定再投入1500万美元。科学家们认为，如果两辆火星车能继续维持良好的工作状态，这笔追加投资将非常划算，因为增加的经费还不到原预算的2%，却能将探测时间延长一倍以上。

两辆火星车的首要任务是寻找火星上是否存在过水的证据。根据它们各自的发现，科学家已能就此得出肯定的结论。在探测使命延长后，它们将继续在火星上探水。此外，科学家还为火星车拟定了其它一些新的科研目标，包括继续研究火星大气、对绕火星运行的探测器数据进行校验以及研究火星车太阳能电池板在尘埃长时间沉积情况下特性的变化等。

虽然两辆火星车已过了“保修期”，但科学家们仍期待着它们在未来几个月中能继续获得新发现。他们取得的任何成果都将是“额外的奖赏”。不过，火星上条件极其恶劣。虽然火星车工作时间可能持续到9月份甚至更长，但它们也随时可能在前进的道路上止步。

经过6周的长途跋涉，机遇号驶到了一个露天足球场大小的环形山边缘。这个名为“持久”的环形山直径约130米，据估计最大深度在20米以上。这里潜在的科学探测价值对火星车构成了“诱惑”。在2004年5月6日的一次新闻发布会上，科学家们公布了机遇号从坑边拍摄的坑内彩色全景照片。机遇号着陆后，有近两个月时间一直在较浅的“小鹰”环形山中活动，对其中的裸露岩石等进行探测，并帮助科学家得出了该区域曾被一片早已蒸发光的咸水覆盖的推断。但咸水蒸发前火星上到底有过什么样的环境，在该环形山中却找不到相关证据，因为它深度太浅，还不到3米。对“持久”环形山的探测可能有助于回答这个问题。

爬出“小鹰”后，机遇号开了近800米才到达“持久”边缘。照片分析显示，这个大环形山内壁嵌有多层裸露岩石，一些岩石位于高约5～10米的峭壁之上，所处深度比“小鹰”坑内的裸露岩石要深，或者说年代更为久远。2004年6月4日，航宇局宣布，科学家们就让机遇号冒险驶入该环形山达成了一致。同年6月8日，机遇号正式开始尝试进入环形山内。进入后，机遇号将首个探测目标锁定为一块名为“田纳西”的扁平岩石，并成功地在这块岩石上打出了一个洞。

6月8日，科学家透露，勇气号在古谢夫区域新刨出了一条沟，并通过对沟中土壤的分析发现了该区域过去曾存在过水的新证据。阿尔法粒子X射线光谱仪的探测显示，在新挖的这条沟内，土壤中矿物盐含量相对较高。光谱仪在土壤中发现了硫和镁存在的迹象，而且含量在沟内不同位置保持同步变化。这意味着两种元素有可能以硫酸镁的形式存在。对此最可能的解释是水从表面之下渗出，溶解出矿物；当接近表面的水蒸发后，就会留下浓缩的盐。科学家还强调，这一发现提供的证据比勇气号1 月3日着陆以来在其它任何地方发现的证据都更具说服力。科学家介绍，勇气号在火星上驰骋了32公里后，离一群小山越来越近。

原以为两辆火星车在安全着陆后不会出现大的故障，因为以前在火星表面着陆的“海盗”1和2以及“火星探路者”都很顺利，且超额完成了任务。但实际情况却并非如此，勇气号和机遇号着陆后不久便相继“生病”。

勇气号着陆不久就出现一些小毛病：首先是驱动火星车高增益天线的两个马达之一工作异常，电路电流达到峰值的情况很不稳定；其二是出乎预料的地形变化使火星车的太阳能采集面板只能摄取到预计额定电力的83%；接着，部分安全气囊无法收起，挡住了勇气号原定驶离登陆舱的方向，地面人员花了2天时间使它旋转 115度，才使其得以驶离登陆舱平台。更严重的是，在传回了一些令人惊奇的照片并开始行走后不久，勇气号便在2004年1月21日突然与地面失去了联系。这种局面持续达30多个小时。即使在1月23日恢复联系后，它仍处在“病重”状态，一时无法工作，数据传送速率很慢，只有120比特/秒(正常情况下应是11×10比特/秒)。专家们分析了以下可能：雷暴天气影响指令接收，从而引发软件错误；宇宙射线造成计算机内存发生物理紊乱；无法利用阳光发电，从而导致电源故障；火星风暴所致；内存控制软件出了问题，等等。

经过多天紧张“会诊”，专家们终于找到了勇气号的病因所在：原来它的存储器内积聚了太多的数据文件，导致存储器不堪重负，开始“罢工”。为此，地面人员删除了存储器内的部分数据，使勇气号在同年2月1日重新投入工作。此后，专家对车上的软件系统进行了多次遥控测试和修理，并于2 月4日对电脑存储器进行了重新格式化。同年2月5日晚，地面人员重新启动火星车电脑系统，勇气号终于回到了“完全健康”的状态。

俗话说，祸不单行。科学家1月27日发现，3天前刚登陆火星的机遇号的温度调节装置也出了故障。虽然这一问题暂时不影响工作，但加热元件长期持续运转不仅会消耗大量能量，还可能导致某些部件过热。长远来说，这肯定对机遇号的正常工作非常不利。

为防止重蹈勇气号的覆辙，地面人员提前删除了机遇号存储器内的部分数据。

2月25日，航宇局又宣布，机遇号电池能量供应系统出现故障，对火星车工作寿命构成威胁。为此，科学家启用了一套新的火星车软件以节省电池用量。

2004年4月13日，控制人员宣布，勇气号和机遇号火星车电脑软件升级工作已基本完成。经过“洗脑”的这对孪生火星车能在火星上跑得更远，“睡”得更香，更不容易“生病”。控制人员在4月12日晚些时候向勇气号发送了指令，指挥火星车电脑在新软件下成功重启。勇气号随后传回的数据显示新软件运行正常。装载了升级软件的机遇号按计划也在4月13日完成电脑的重新启动。

“洗脑”后的火星车在三个方面有显著改进。一是自动导航软件得到更新。原先的导航软件在检测到无法绕过的障碍后，有时不知道下一步该怎么办。有了新软件，火星车会转身去寻找可能的最佳路径，从而能自主地在火星上行驶更远的距离。其次，新软件能帮助火星车自动对存储器故障做出反应，并更轻松地恢复到稳定状态。另外，升级软件中有一部分专门用来解决机遇号上述的加热组件故障。新软件能使机遇号进入“深度睡眠”状态。在这种状态下，火星车电池将不为加热组件供电，从而避免能量损耗。

6月15日，科学家又宣布，勇气号出现了一些机械故障，用于驱动右前轮的马达无法正常工作，可能导致其轮子无法使用。一位科学家称，这台马达也许只能再移动200米的距离。他说，勇气号已开始显现出某些衰老的迹象，其它几只轮子最终可能会面临同样的命运。但他强调，即使只有5只轮子，勇气号也能较轻松地进行移动。

据悉，在勇气号和机遇号探测计划的实施过程中，宇航局投入的经费和评估测试的严格程度都超过从前，总共耗资约8.2亿美元，但还是出了故障。今后还不知会有什么不可预知的各种突发情况。由此可见，探测火星非常不容易。

（1）很久以来，科学家便认定火星也一度是一个湿润的世界，机遇号和勇气号的发现更是为他们的这一推测提供了强有力的证据。这些证据包括富含硅石的土壤、火星“蓝莓”以及波浪状的岩层，所有这些都只有在水流过火星地表时才能形成。

（2）火星车提供的数据允许科学家得以第一次创建一个有关火星温度的详细的温度曲线图，同时也第一次提供了有关火星上存在上升热气流的证据。后者能够为未来的火星飞船设计师提供帮助。

（3）在众多的“第一”中有一个是不得不提的：两个火星车第一次在火星表面拍到火星空中类似地球上的云。

（4）在火星车的帮助下，人类第一次得以在遥远的火星上拍摄地球照片，虽然无法与“阿波罗”号飞船的8名宇航员拍下的著名的地球图片相比，但勇气号拍摄的这张照片却具有相当大的历史意义，它标志着人类第一次在另外一颗遥远的星球上拍摄地球的照片。

（5）2005年，勇气号成功地拍下了在火星表面“昂首阔步”的尘暴的录像。这段录像让科学家获得一次难得的窥视火星尘暴的机会。时下，一些较为活跃的过程仍在“修整”火星表面，尘暴正是其中之一。

（6）根据火星车传回的数据，科学家认为，火星在经历3个截然不同的地质代过程中变得日益干燥。如果正如我们猜测的，火星上确有生命存在，那它们也只能在火星幼年时期存活下来。

（7）人类还未入主火星，自然不能在这个红色星球上痛痛快快地呼吸一下那里的空气。但两个火星车的发现提醒人们最好不要那么做，原因在于：它们在火星岩石内部发现了高浓度的硫磺，这也就是说，火星就像臭鸡蛋一样发出臭气。

（8）在2005年对火星的探测过程中，机遇号偶然间发现了一块篮球大小由铁和镍构成的岩石。这块岩石是迄今为止人类在另外一个星球上发现的第一颗陨石。

（9）勇气号在它的登陆点古瑟夫陨石坑发现了玄武岩，这一发现有力地暗示了该地区可能是一场火山喷发的产物——喷发过程中，岩浆和水混合在一起。

（10）机遇号的最后使命可能就是对维多利亚陨石坑的匆匆一瞥。在近两年的长途跋涉之后，机遇号最终到达维多利亚陨石坑，随时可能进入坑内一探究竟，但由于一场全球性的尘暴威胁到太阳能电池板的供电，这项任务面临终止的可能性。

好奇号火星车

美国宇航局计划2009年将向火星发送下一个火星车(MSL，好奇号)，这将是研究火星表面最大和装备有最先进仪器的火星车。MSL将从核反应器获取动力，而它的任务将是查明火星环境存在微生物生命的可能性。

MSL计划负责人理查·库克指出，现在MSL小组共有200人在工作，他们研制的仪器设备旨在研究火星的化学成分，这与勇气号和机遇号火星车任务不同，勇气号和机遇号主要是进行地质学研究。

在2009年9～10月发射之后，据国外媒体报道，美国国家航空航天局研制的新一代好奇号火星车将在8月6日登陆火星表面。在着陆火星后MSL会展示自己的机动性能，在火星表面行程5～20千米以完成自己的科学研究目的。MSL将成为利用精确着陆工艺的第一台火星车，它将会受控制着落火星地表，如同航天飞机进入地球大气层时一样，因此MSL能抵达需要着陆地点上空，并及时打开自己的降落伞。

除了美国宇航局研究小组之外，还有其他航天局专家参加MSL新型火星车研制。氢气中子传感器由俄罗斯航天局研制，气象学设备由西班牙教学与科学部研制，光谱分析仪由加拿大航天局研制，并得到德国马克斯·普朗克化学研究所支持。

像勇气号和机遇号火星车一样，MSL装备有行驶用的6个轮子，而在它的立柱上安装有摄像机，但是与勇气号和机遇号不同，它将安装有一台激光器以便蒸发表面岩石薄层，因此它有可能研究地表下层。MSL同样也将收集岩石和盐沉积物进行分析，MSL舱内将安装有识别像蛋白质、氨基酸以及其他酸和碱一类有机物的特殊仪器，这些有机物有可能是生命活动的产物。

据航天新闻网报道，用于MSL的核反应器由美国能源部研制，核反应器动力通过钚衰变时获得，因此火星车动力源可以在火星表面上维持一年或一年以上的研究。另外，MSL还安装有太阳能电池，太阳能电池有助于整个使命的完成。11月27日消息，美国宇航局的新一代火星探测器——火星科学实验室（MSL，即好奇号火星车）已经于美国东部时间10:05（北京时间23:05）在卡纳维拉尔角航天中心由一枚宇宙神-V 541型大推力运载火箭成功发射升空，发射后42分47秒，测控信号显示星箭分离成功，“好奇号”被成功送入飞向火星的轨道。接下来它将独立踏上漫漫征程，直到2010年8月份登陆火星表面。这一探测器重达1吨，是有史以来人类送往另一颗行星的最庞大，最复杂的设备。

光荣使命

好奇号在本质上就是一台先进的移动实验室，美国宇航局对它寄予厚望，科学家们希望它能帮助查明火星是否在地质历史上曾经存在过可以让微生物生存的宜居环境。为此，好奇号携带了大量迄今被送往另一颗行星表面的最先进设备，其科学载荷的重量超过了以往任何一次火星车载荷的10倍以上。它将使用机械臂从地面铲挖土壤样本，并使用钻头钻入各类岩石内部取样并送入其“车载”实验室进行精密化验。借助精确着陆技术，好奇号能得以在经过精心挑选的最具科学价值的地区降落。根据计划，在其着陆后的23个月内，它将对数十个样本进行化验。

更大的载荷量对于科学家们来说当然是好事一桩。但是工程师们就犯难了：他们必须保证这辆大个子火星车能够在火星表面形式足够远的距离抵达科学家们希望进行探查的地点，同时还要在火星漫天黄沙和极端低温环境下保持“体温”并为各种设备供电。它的前辈勇气号正是由于太阳能帆板被沙尘覆盖，又面临火星严酷的冬季低温环境而永远无法苏醒过来了。但是好奇号将可以应对这种情况：它是第一辆采用了“核动力驱动”的火星车。

具体而言，好奇号使用了由美国能源部提供的“多任务放射性同位素热电发生器”(MMRTG)，其中装有4.8公斤的放射性物质二氧化钚用于能源供应。这并不是好奇号所使用的新技术，而是在过去40多年中早已被广泛应用于行星际探测的成熟技术，如1977年升空的，现在已经飞到太阳系最边缘的两颗美国旅行者号探测器，以及2006年升空，飞往冥王星的“新地平线号”探测器等等，都使用了类似的核动力技术。采用核动力供电方式将让火星车彻底摆脱对阳光的依赖，并大大延长其在火星表面的工作寿命。

创新型的着陆系统

另一个让工程师们苦恼的问题在于，好奇号重达1吨，而之前的勇气号和机遇号火星车的重量仅有170公斤左右。2004年，勇气号和机遇号分别在火星的南北半球采用降落伞配合气囊弹跳的方式成功登陆火星表面展开考察工作，其中的机遇号甚至工作至今。但是好奇号让工程师们面临完全不同的课题：它太重了，无法再使用气囊弹跳的着陆技术，必须开发新的着陆方式。于是工程师们设计了一种喷气式的，类似UFO一般的悬浮平台，当进入火星大气层时它和好奇号一起紧紧挤在隔热罩内部，随后降落伞打开进行减速，当接近地面上空时降落伞脱落，悬浮平台启动，下面挂着好奇号进行悬浮飞行，在这一过程中还可以进行最后的地形位置修正，随后悬浮飞行器慢慢降低高度，轻轻地将好奇号安放在平坦的火星表面。

跳跃式火星漫游车

最近，美国科学家利纳和兰迪斯又设计了一种新颖的火箭发动机，它能利用火星大气制造出燃料，安装这种发动机的“跳跃式火星漫游车”可以进入非常复杂的地形进行考察，可以穿越峡谷、跃过悬崖，它可以在任意地方着陆进行探测。当它在某一地点进行探测时，燃料制造系统就自动利用火星大气来制造燃料，接着又跳到另一个探测地点工作。

跳跃式火星漫游车一下子能跳多高、多远？这与它在一个地点停留的时间有关，因为这时它要制造燃料，停留时间越长，制造出的燃料就越多。停留50天，可跳500米远、300米高；停留68天，可跳1000米远，400米高；停留100天，可跳2000米远，600米高；停留155天，可跳4000米远，800多米高。也就是说，这种跳跃式漫游车可以穿越任何峡谷和跳过任何悬崖。

火星大气中有95%是二氧化碳，将它分解成一氧化碳和氧，就能作为火箭发动机的燃料。一氧化碳可以在氧中燃烧释放足够的能量，但需要用氢作催化剂。由于火星大气中含有少量的水，可以分解出氢，所以这种漫游车的燃料以及催化剂都可以在火星上自产自用，自给自足。

毅力号火星车

2020年7月30日美国航天局直播画面显示，美国“毅力”号火星车从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地升空。

NASA2020年发射新型火星车

据英国每日邮报报道，目前，美国宇航局透露称，现已开始准备建造新一代火星探测车，它被命名为“火星车2020”，将负责调查分析适宜微生物生存的火星远古环境，探索火星岩石中存在远古生命的证据。同时，“火星车2020”将采集土壤和岩石样本，在未来太空任务中送回地面进行分析。经过大量审核过程以及重要技术发展，美国宇航局表示现已准备进行最终设计和建造阶段。预计2020年夏季发射升空，2021年2月抵达火星。美国宇航局科学任务理事会代理副主管杰弗里-约德(Geoffrey Yoder)说：“‘火星车2020’是挑选和封存火星岩石和土壤样本至地球的多样化太空任务的第一步，该任务标志着美国宇航局火星之旅实现的一个重要里程碑事件，有助于确定是否生命存在于火星，促进发送人类至火星目标的实现。”

为了减少危险和降低成本，火星车2020从外观上更像六轮、1吨重量的“好奇号”火星车，但是它将装配一组新的科学仪器设备，前所未有地提高探索火星的能力。例如：该火星车将首次调查研究易用和可用性火星资源，其中包括氧，能够为人类火星任务做好准备。火星车2020将携带一个完整的新子系统，用于采集火星岩石和土壤样本，子系统设备包括：机械手臂上的岩芯钻和试样管架。大约30%的试样管将存放在选定地点，未来样本取回任务中送至地面进行分析。在地球实验室里，这些火星样本将用于分析火星远古时期生命存在的迹象，以及未来人类任务中的潜在健康危害因素。

新火星车的项目总成本预计在15 亿美元左右，其大部分设计和制造技术将与“好奇号”类似，着陆方式也将与“好奇号”相同。美国航天局表示，使用已证明的方式和技术旨在尽量确保火星车顺利着陆，从而压低成本和风险。与个头较小、质量较轻的早期火星着陆器，包裹在气囊内硬生生地落在火星表面不同，质量为900 多千克的“好奇号”于2012 年8 月6 日借助由火箭提供动力的、名为“天空起重机”的助降系统缓缓着陆。从进入火星大气层到着陆的7min 内，“好奇号”时速骤然降至零，由于难度高、风险大，美国航天局称之为“恐怖7 分钟”。美航天局表示，新火星车项目是朝着2030 年代将宇航员送往火星目标迈出的又一步，不过科学家目前尚未确定新火星车的探索任务。根据奥巴马政府2010 年公布的太空战略，美国将以火星为太空探索的新目的地。美国航天局将在2025年后，将宇航员运送至低地轨道以外的天体如小行星，到2030 年代中期，将美国宇航员运送至火星轨道。