憑藉著迄今為止最先進的火星地圖，美國國家航空航天局（NASA）的“毅力號”（Perseverance）火星漫遊車在著陸過程中將有能力識別並避免危險，對這顆紅色星球展開探索。

毅力號是NASA耗資27億美元的“火星2020”任務的核心部分，定於7月30日從佛羅里達州卡納維拉爾角的空軍基地發射升空。如果一切按計劃進行，這台和小汽車差不多大的火星車將於2021年2月18日降落在火星的傑澤羅隕石坑（Jezero Crater）內。

傑澤羅隕石坑寬約45公里，在古代曾存在過一個湖泊和一個三角洲，這使它成為毅力號尋找生命、採集樣本的理想目的地。這個隕石坑的地形崎嶇不平，尤其是在三角洲區域。因此，儘管任務研究人員對該區域非常感興趣，但對工程師來說這又是一個嚴峻的挑戰。他們首要的任務就是讓這個6輪機器人安全降落。

“火星2020”任務採用了多項新技術來迎接這一挑戰，其中最重要的一項技術是“地形相對導航”（Terrain-Relative Navigation，簡稱TRN），這將使任務在“空中吊車”下降階段能評估傑澤羅隕石坑在著陸過程中的地形風險，並在必要時自動改變航向。

美國地質調查局（USGS）天體地質科學中心利用NASA火星勘測軌道飛行器上的“高分辨率成像科學設備”（HiRISE）捕捉到的圖像，生成了一幅火星傑澤羅隕石坑的數字地形模型圖像。這裡展示的是拼接圖像的一部分，該圖像將作為基礎地圖，用來顯示火星地表的危險之處。在NASA的“毅力號”火星車上，該地圖將被用於“地形相對導航”系統，以幫助確定最終在傑澤羅隕石坑中安全著陸的位置。

這項新技術就用到了開創性的地圖學成果。利用NASA火星勘測軌道飛行器獲得的圖像，美國地質調查局的研究人員繪製了兩幅地圖。“火星2020”任務的攝像頭將比較火星表面的圖像和地圖，決定如何在最安全的地方著陸。

詳細且精準的火星地圖

美國地質調查局繪製的這兩幅地圖中，一幅地圖的分辨率為每像素25厘米，精確指出了傑澤羅隕石坑中古三角洲附近的著陸點周圍的危險，該地圖也將作為任務行動的基礎地圖。另一幅地圖是更傳統的地表結構圖，分辨率為每像素6米。

“火星2020”任務將於明年2月在穿越火星紅色天空時拍攝到傑澤羅隕石坑的圖片。隨後，它搭載的TRN系統將把這些圖像與校準的地圖進行比較，方法類似於面部識別軟件所採用的技術。

美國地質調查局天體地質科學中心的地球物理學研究人員羅賓·費加森說：“然後它可以識別，’我們是否降落在一個紅色像素上？’如果是的話，就發射反向火箭，盡可能地導航到最近的綠色像素。”

“火星2020”任務必須在沒有任何人類幫助的情況下做出這樣的決定。在著陸當天，火星與地球的距離約2.09億公里，這意味著任務控制中心發出的信號到達毅力號需要11分鐘以上。火星車的整個進入、下降和著陸（entry， descent and landing，簡稱EDL）過程將持續7分鐘。TRN技術應該會使“火星2020”任務的“恐怖7分鐘”著陸過程不那麼恐怖。

美國地質調查局天體地質科學中心利用NASA火星勘測軌道飛行器的“背景攝影機”（CTX）拍攝的圖像，製作了這幅火星傑澤羅隕石坑的拼接圖像。該產品搭載在毅力號火星車上，作為“真實”數據集。在2021年2月18日的進入、下降和著陸過程中，毅力號的“地形相對導航”系統將使用該數據集對自身進行相對於火星表面的定位。

在美國國家航空航天局於2019年發布的一段關於TRN的視頻中，噴氣推進實驗室（JPL）的“火星2020”任務引導及控制工程師斯瓦蒂•莫漢說：“如果我們沒有地形相對導航（TRN），安全降落在傑澤羅隕石坑的概率大約是80%到85%。但對於’火星2020’，我們可以把每次安全降落在傑澤羅隕石坑的概率提高到99%。”噴氣動力實驗室建造了毅力號，開發了TRN系統，並將負責該在火星上的任務操作。

美國地質調查局在這次火星任務中扮演的關鍵角色並不讓人感到驚訝。幾十年來，該機構繪製了許多詳細的地外區域地圖。成立於1963年的太空地質科學中心，目的就是在NASA的阿波羅任務之前繪製出月球表面地圖，並幫助宇航員進行月球漫步訓練。美國地質調查局局長吉姆·雷利是前NASA宇航員，曾執行過三次航天飛機任務，他說：“那裡有著悠久的歷史，並一直延續到今天。”

在火星上精確著陸

“火星2020”任務還將首次應用一項名為“距離觸發”（Range Trigger）的EDL技術，該技術包括更精確、更有針對性的降落傘部署。

“早期的任務是在航天器達到預定速度後儘可能早地部署降落傘。與此不同，’火星2020’任務的’距離觸發’技術是基於航天器相對於預期著陸目標的位置來部署降落傘，” NASA官員在一份對任務EDL技術的描述中寫道，“’距離觸發’策略可以使’火星2020’毅力號火星車更接近科學家最想研究的著陸點，可以將火星車到主要工作地點的行駛時間減少一年之多。”

“火星2020”任務將通過空中吊車系統將毅力號降落在傑澤羅隕石坑的地面，完成EDL過程操作。這種方式並不新奇，2012年，毅力號的前身“好奇號”火星探測器就利用該技術安全降落在蓋爾隕石坑。不過，空中吊車著陸是如此引人注目且具有科幻色彩，在任何關於“火星2020”任務著陸技術的討論中都值得提及。

毅力號在著陸後也將測試一些新的技術。比如，毅力號搭載一台名為“MOXIE”的儀器，將在二氧化碳占主導的火星稀薄大氣中產生氧氣，為其他能幫助宇航員探索這顆紅色星球的設備鋪平道路。一架名為“獨創號”（Ingenuity）的小型直升機將隨毅力號前往火星，並將在那裡成為第一架在地球以外世界中飛行的旋翼飛行器。

當然，“火星2020”首先是一項科學任務。著陸後，毅力號的主要任務將包括尋找古代火星生命痕跡，詳細描述傑澤羅隕石坑的地質特徵，並收集和保存樣本，以備將來返回地球。一項由NASA和歐洲空間局（ESA）合作的任務將把這些原始的火星物質帶回地球，可快最早在2031年。（任天）