铝合金在美国新一代火星探测器“毅力”号制造中起关键作用

　　2020年1月，中国航天向外公布了另一条重大消息，中国火星探测器“天问一号”将于今年7月左右发射，这是我国首次向火星发射探测器。紧接着，美国航天局3月5日宣布，其新一代火星车命名为“毅力”号。毅力号火星探测器也在今年7月发射。

　　为什么都在今年发射火星探测器呢？这是因为火星每隔26个月接近地球一次，即地球在火星与太阳中间时，被称为“火星冲日”，距离约为6000万公里，所以趁这个时候发射火星探测器不仅能节约燃料，还能很快进入火星轨道。虽然这几个月以来，疫情的影响使得人们的正常生活步调被严重打乱。但是，在这过程中不变的是科学家们不断向前探索的心。

　　“2020毅力号火星探测器"任务是美国宇航局火星探测计划的一部分，这是一项对火星进行机器人探测的长期任务，而每一次火星探测任务都是持续创新的一部分。同时，依靠过去的探测结果获得经验证的技术，并为未来的探测任务做出创新。与以往的太空探索任务一样，铝和其它轻金属在许多关键结构和部件的设计和制造中起着关键作用。

　　“毅力”号探测器的任务，是与火星探测有关的高度优先科研目标的下一步，其中包括有关火星生命潜力的关键问题。“毅力”号探测器将能够钻探岩石和土壤的核心样本，并提供机会展示应对未来人类火星探险挑战的技术，例如从火星大气中产生氧气，识别其它资源（例如地下水），改进着陆技术，描述可能影响未来在火星上生活和工作的宇航员的天气、灰尘和其它潜在环境条件。

　　这次任务的时间安排在2020年7月/8月，届时地球和火星相对位置良好，可以登陆火星。

　　“毅力”号探测器的运载火箭，为联合发射联盟（UnitedLaunch Alliance）提供的两级Atlas V-451火箭。美国宇航局之所以选择这种火箭，是因为它具有满足任务“重磅”要求的正确发射能力。

　　Atlas V是Atlas系列火箭的最新版本，拥有一个直径3.8米、长32.5米的普通核心助推器。增压器的油箱由等变线铝箱、旋压成型铝圆顶和分布于油箱间的衬板组成，在未加压时，结构稳定。

　　锥形铝材结构保护发射有效载荷，全铝前向负荷反应堆(FLR)增强有效载荷间隙和车辆结构的稳定性。

　　在“毅力”号火星探测器行驶5.05亿公里到达火星之后，减速伞能够使探测器在火星表面安全着陆。减速伞连同着陆器和探测器，保护里面的设备不受进入火星大气层时产生的高温的影响。

　　减速伞主要由隔热板和尾壳组成，由夹在石墨环氧面板之间的铝蜂窝结构制成，外部覆盖一层蜂窝状酚醛。

进入火星的飞行器效果图，飞行器由减速伞、着陆器和探测器组成

　　探测器的着陆器还配备了一个直径21.5米的超音速降落伞，降落伞安装在一个铝箱内，铝箱套在减速伞的外壳上，这将确保探测器在火星表面安全可控地着陆。

　　“毅力”号火星探测器一旦进入火星，硬件就无法修复。为此，该团队正在建造一种能够在一个温度变化剧烈、辐射恒定、灰尘不断的星球上生存多年的飞行器。基于火星科学实验室的好奇号探测器配置（由铝合金车身和车轮组成，用航空航天紧固件固定在一起），新的“毅力”号探测器的体积如同一辆汽车大小，长约3米、宽约2.7米、高约2.2米。不过，“毅力”号的重量为1025公斤，比小型机动车轻。

　　“毅力”号探测器有6个轮子，专为2020年火星发射任务而重新设计，目的是使轮子更加坚固，因为好奇号探测器的轮子通过尖尖的岩石时会受到磨损。

　　由航空级别的铝块加工而成的“毅力”号探测器的车轮直径稍大，但较窄，直径为52.6cm（“好奇”号为50.8cm），且踏板的厚度是后者的2倍以上。“毅力”号车轮的结构轻轻弯曲。车轮安装在钛质支架上，其中，还包括钛辐条，以提供弹性支撑。

　　美国宇航局喷气推进实验室（NASA'sJet pulsion Laboratory）对“毅力”号探测器进行的测试表明，这种新型车轮能更好地承受来自尖锐岩石的压力，在沙地上驾驶时，抓地力与“好奇”号探测器相同或更好。

“好奇”号车轮  “毅力”号车轮

　　作为美国宇航局“把你的名字送到火星”活动的一部分，在探测器上一块阳极氧化铝板上的硅片上，蚀刻了近1100万个名字。这些名字用电子束印在三块指甲大小的硅片上。美国宇航局称，在铝板上有一条用莫尔斯电码写着“一体探索”信息。

在“毅力”号火星探测器上安装了一块标志牌，以纪念美国宇航局发起的“把你的名字送到火星”活动。

图片来源：NASA/JPL-Caltech

　　“毅力”号探测器包括一架名为“独创性”的双旋翼太阳能直升机，这将是有史以来首次在火星稀薄的空气中进行动力飞行试验。如果成功的话，这架直升机将使科学家们能够对火星的地质情况有一个新的视角，甚至可以让他们窥视那些太陡或太滑而无法派出探测器的区域。

“独创性”直升机在火星表面效果图

　　“毅力”号直升机重量不超过1.8千克，由1500多块碳纤维、航空用铝、硅、铜、箔和泡沫组成。直升机及其运载系统与探测器腹部的铝板相连，铝板还包括一个盖体，以避免直升机进入、下降和着陆过程中受到冲击。