火星探路者

火星拓荒者号（MESUR Pathfinder）是一艘在1997年携带探测车登陆火星且建立基地的美国太空船。它包括命名为卡尔萨根纪念站的着陆器和一辆重量很轻（10.6公斤/23磅）、命名为旅居者号的轮型机器人火星车。

这艘太空船于火星全球探勘者号发射一个月之后的1996年12月4日由三角洲2号运载火箭发射，并于1997年7月4日于火星上称为欧克西亚沼区的克里斯平原阿瑞斯谷着陆。然后着陆器展开，露出里面的火星车，在火星表面进行了许多实验。这项任务携带了一系列的科学仪器来分析大气层、气候、地质和岩石与土壤的组成。它是NASA在领导人丹尼尔·戈尔丁倡议更快、更好、更便宜的座右铭下，主要是使用低成本的太空船和频繁发射的发现计划的第二个专案。这个任务是NASA负责的火星探测，由喷射推进实验室和加州理工学院的分部指导，专案经理是喷射推进实验室的东尼·史佩尔 (Tony Spear)。

这次任务是包括火星车的一系列任务的第一次，并且是自1976年两次维京号登陆红色行星之后第一次的成功着陆。苏联虽然在1970年代的月球步行者计划中成功的让登月车着陆，但是它企图让火星车登陆火星的火星计划却失败了。

除了科学目标，火星拓荒者号任务也是各种创新技术的概念证明，像是安全气囊 —— 间接着陆和自动回避障碍，这两项在后续的火星车任务都在采用。相对于其它的无人火星探测器任务，火星拓荒者的低成本也是很显著的。起初，这个任务只是做为第一个火星环境测量 (Mars Environmental Survey，MESUR ) 计划。

## 任务目标

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- 证明发展更快、更好、更便宜的太空探测器是有可能的 (三年的发展和低于1亿5000万的成本)。
- 显示可以用简单的系统将科学仪器和酬载送往其它的行星，并且费用只是1974年维京人号任务的十五分之一 (相较之下，1974年的维京人号任务成本是美金9亿3500万，相当于1997年的美金35亿)。
- 这个任务结束后，包括运载火箭和任务行动，总支出为2亿8000万，证明了NASA承诺的致力于低成本行星探测任务。

## 科学实验

拓荒者号携带了三种不同的科学仪器用来调查火星土壤。着陆器在延伸的杆子上装设了立体照相机与空间性滤镜，称为火星拓荒者成像仪 (IMP，Imager for Mars Pathfinder)，和大气结构仪/气象学包 (ASI/MET，Atmospheric Structure Instrument/Meteorology Package)，组成一个火星气象站，收集有关压力、温度和风的资料。MET的结构包括安装在杆上不同高度的三个风向袋，最高的一个高度约为1米 (码)，而测量到的风通常都来自西方。

旅居者号漫游车携带了α质子X射线光谱仪 (APXS，Alpha Proton X-ray Spectrometer)，用来分析岩石和土壤的成分。漫游车还有两架黑白摄影机和一架彩色摄影机。这些仪器可以调查火星表面范围从几毫米到数百米的地质、地球化学和岩石表面的演化历史，土地的磁力和力学的特征，以及尘土的磁性特性，大气和行星的轨道和自转的动力学。

漫游车装载的三个摄影机：两个黑白摄影机位于前面的是的像素是30万（水平768×垂直484，由4×4个画素组成一个方块)，配合5个激光条纹投影机，可以构成立体影像，测量并避开漫游车路径上的危险。第三个彩色摄影机位于背后靠近 APXS，有着相同的解像力，并且可以旋转90度。它提供APXS目标区域的影像和漫游车在地面上的轨迹。彩色摄影机4×4区块中的16个像素，12个是对绿色敏感的，2个是红色，两个是红外和蓝色。所有的摄影机的镜头都做过锌硒化，阻断了低于500奈米以下的波长，因此实际上没有蓝光可以抵达这些对"蓝/红外"敏感的像素，因此只能记录到红外线。

所有的三架摄影机的CCD都是伊士曼柯达公司制造的，并且由漫游车的CPU控制。它们都能自动曝光和处理损坏像素与影像参数 (曝光时间、压缩资料等) 的能力，并且输入信头作为影像传输的一部分。漫游车可以使用方块编码 (BTC) 的算法压缩前端摄影机的影像，但对后面的摄影机做同样的处理时，有关色彩的资料将会被舍弃。摄影机在0.6公分至65公分的范围内有良好的光学解析能力。

### 拓荒者号着陆器

- 火星拓荒者成像仪 (IMP)，包括磁强计和风速计
- 大气层和气象学的感测器 (ASI/MET)

### 旅居者号漫游车

- 影像系统：三个摄影机，前方两个黑白立体摄影机，后面一个彩色摄影机。
- 激光条纹危险探测系统。
- α质子X射线光谱仪 (APXS)
- 轮形磨蚀实验
- 物质黏附实验
- 加速计

## 登陆位置

降落地点是火星北半球座落在岩石之间，称为阿瑞斯谷的古洪水平原，阿瑞斯谷的名称源自古希腊神话，等同于古罗马神话的战神。科学家选择这个地点是因为发现这是一个相对安全的表面，而在上一次大洪水期间土地上存放了各式各样的岩石。在成功的着陆于 19.13°N 33.22°W之后，这个着陆点被命名为 卡尔·萨根纪念站，以尊荣这位天文学家。

## 进入、下降和着陆

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火星拓荒者号使用创新的系统进入火星的大气层和登陆，包括进入荚囊 (密闭舱)、超音速降落伞、固态火箭推进和减缓冲击的大型安全气囊。

## 着陆器

着陆器是一个锥形四面体，触地时四个表面的气囊能吸收相当于3米/秒垂直速度和50米/秒水平速度下落时的冲击能量，使落地时的冲击力小于50克着陆后。

不管着地的姿态怎样，着陆器3个侧面的三解开“花瓣”自动展开，露出着陆器内的各种装置和安装在一侧“花瓣”内表面的微型漫游越野车（因为是自动行走，用于搜集火星原始微生物和原始微生物的化石，所以也被人泛称为机器人）。

这种设计能确保着陆器摆正位置。“花瓣”展开后的外露表面上还贴有砷化镓太阳能电池片。

## 越野车

该车有长轮距、大扭矩的特点，能灵活爬上高15厘米的岩石，速度为1米/分钟。它装有一部自主式导航系统和使车体可以就地转弯的独立操纵的前后轮。它将使科学家首次有机会用设备在火星着陆场区附近漫游，这对评价火星地壳构成很有用，能发现各式各样的地壳岩石。

## 任务结束

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尽管任务原本只有规划维持一周至一个月，火星车却成功的运作长达三个月。最后从拓荒者号收到的资料是在标准时间1997年9月27日10点23分，在10月7日通讯失败。任务主管在接下来的五个月中试着恢复完整通讯，但任务仍在1998年3月10日被终止。

在延长的执行期间，旅游者号在制作一个环绕地形的高分辨率立体全景图，本来要去一个有点距离的山脊探访，但是在全景图大概只完成了三分之一时，通讯就失败了，而山脊探访还没有开始。

原本设计能够运作一个月的车载电池，可能因为重复的充电与放电导致故障。这颗电池是用来替探测器的电子设备加热，让它们比火星上预期夜晚的温度稍微来的高。随着电池的故障，比平常更冷的温度可能会导致重要元件停止运作，导致丧失通讯。任务在第一个月就已经超过了当初预期达到的目标。

火星侦察轨道卫星在2007年1月发现了拓荒者号的登陆器。

## 荣誉

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- 在1997年，旅居者号的团队获得喷射推进实验室的卓越技术奖。
- 在1997年10月21日，美国地质学会于犹他州盐湖城的行星地质分会年会中，授予旅居者号荣誉会员资格。
- 在2003年，旅居者号被正式引荐进入机器人名人堂。
- 旅居者号接近瑜珈岩的影像出现在科幻电视节目星舰前传的片头中。这是历史上首度有另一行星表面的影像被使用在科幻影片或电视节目的频道中。卡尔萨根纪念站出现在星舰前传的星际联邦剧情中。
- 在2015年上映的电影《火星救援》中，主角瓦特尼通过找回火星探路者号来和NASA取得联系。与现实不同的是，故事中的火星探路者号因为故障失联而无启动过。

## 参考资料

- JPL Mars Pathfinder article
- Mars Pathfinder Litograph Set, NASA. (1997)
- Poster: Mars Pathfinder –Roving the Red Planet, NASA. (1998)
- Deep Space Chronicle: A Chronology of Deep Space and Planetary Probes 1958–2000, Asif A. Siddiqi. Monographs in Aerospace History, #24. June 2002, NASA History Office.
- "Return to Mars", article by William R. Newcott. National Geographic, pp. 2–29. Vol. 194, 2nd edition – August 1998.
- "La misión Pathfinder –rebautizada Carl Sagan Memorial Station, en memoria del célebre astrónomo-, paso a paso todo Marte", de J. Roberto Mallo. Conozca Más, págs. 90–96. Edición número 106 – agosto de 1997.
- "Un espía que anda por Marte", de Julio Guerrieri. Descubrir, págs. 80–83. Edición número 73 – agosto de 1997.
- "Mars Pathfinder: el inicio de la conquista de Marte" EL Universo, Enciclopedia de la Astronomía y el Espacio, Editorial Planeta-De Agostini, págs. 58–60. Tomo 5. (1997)
- Sojourner: An Insider's View of the Mars Pathfinder Mission, by Andrew Mishkin, Senior Systems Engineer, NASA Jet Propulsion Laboratory. ISBN 0-425-19199-0
- Experiences with operations and autonomy of the Mars Pathfinder microrover, A. H. Mishkin, J. C. Morrison, T. T. Nguyen, H. W. Stone, B. K. Cooper and B. H. Wilcox. In Proceedings of the IEEE Aerospace Conference, Snowmass, CO 1998.

## 外部链接

- Mars Pathfinder NASA/JPL Website
- Super-Resolution Stereo Pairs of "Twin Peaks"
- Mars Pathfinder Mission Profile by NASA's Solar System Exploration
- Ted Stryk's Mars Pathfinder page
- "A Crawl On Mars" – Ted Stryk's Sojourner rover page
- NASA Office of Space Science
- JPL – Mars Exploration Rover Mission
- Authoritative Account of MPF Reset Issue — discussion of the software problems on the Pathfinder spacecraft
- A Little Rock on Mars — children's story about the Pathfinder landing
- Sojourner rover replica — description and images of a full scale functional replica of the Sojourner rover
- Pathfinder landing site as seen from orbit by Mars Reconnaissance Orbiter
- Paper model ( source )

## 基本资料

- 日语原文：火星拓荒者
- 所属组织：美国太空总署喷气推进实验室
- 主制造商：None
- 任务类型：登陆器与探测车
- 发射时间：1996年12月4日，06:58:07 UTC
- 发射地点：卡角基地LC-17B
- 发射手段：三角洲2号运载火箭 7925 (#D240)
- 任务时长：着陆器：火星日，地球日 (主要任务) 火星日，地球日 (实际的)、着陆车：火星日，天 (主要任务),、全部任务：天 (从发射到最后传送资料日期)
- deactivated：1997年9月27日 10:23 UTC 收到最后一笔传输资料
- 国际卫星标识符：1996-068A
- 质量：264 公斤 (着陆器)，10.5公斤 (着陆车)
- 功耗：35瓦 (着陆器)，13瓦 (着陆车)
- Planet：火星
- 着陆日期：1997年7月4日 16:56:55 UTC
- 着陆地点：阿瑞斯谷, 19°N 7°W (19.13°, −33.22°)