美國宇航局的毅力號火星車不僅在火星上尋找古代生命的跡象，它還在這顆紅色星球上測試宇航服材料。在經(jīng)歷了四年的惡劣環(huán)境后，科學(xué)家們正在研究輻射、極寒和腐蝕性灰塵對這些樣品的影響。他們所學(xué)到的知識將有助于為未來的宇航員設(shè)計更好的宇航服，確保他們能夠在強烈的紫外線和有毒鹽等惡劣條件下安全地探索火星。
美國宇航局的“毅力號”火星車于 2021 年登陸火星，任務(wù)是尋找古代微生物生命的跡象并研究火星的氣候和地質(zhì)。但它鮮為人知的目標之一是支持未來的人類探索。作為這項工作的一部分，毅力號攜帶了五件宇航服材料小樣本，旨在測試它們在火星表面的承受能力。
這些材料在火星極端環(huán)境中暴露了四年——強烈輻射、細塵和溫度波動——現(xiàn)在正在接受分析，以了解它們的變化情況。目的是更好地了解宇航服在火星上能保持多長時間的功能。
毅力號正在通過在真實的火星條件下測試材料樣品來幫助科學(xué)家設(shè)計未來的火星宇航服。經(jīng)過四年的強烈輻射和塵埃，早期跡象表明材料降解速度很快，為更安全的探索裝備提供了關(guān)鍵見解。圖片來源：NASA/JPL-Caltech
“這是火星探測車任務(wù)的前瞻性方面之一——不僅要考慮當(dāng)前的科學(xué)研究，還要考慮下一步，”NASA 休斯頓約翰遜航天中心的行星科學(xué)家馬克·弗里斯 (Marc Fries) 說道，他幫助提供了宇航服材料?！拔覀冋跒槿祟愖罱K前往火星探索做準備?！?/p>
每個色板的面積為四分之三平方英寸（20 毫米見方），是用于測試SHERLOC （使用拉曼和發(fā)光掃描宜居環(huán)境以檢測有機物和化學(xué)物質(zhì)）設(shè)置的校準目標的一部分。SHERLOC 是毅力號機械臂末端的一個儀器。
樣品包括一塊聚碳酸酯頭盔護目鏡；Vectran（一種用于宇航員手套手掌的防切割材料）；兩種具有防塵不粘特性的特氟龍；以及一種常用的宇航服材料 Ortho-Fabric。最后一種面料有多層，包括 Nomex（一種用于消防員服裝的阻燃材料）；Gore-Tex（防水但透氣）；以及 Kevlar（一種用于防彈背心的堅固材料，可使宇航服更耐撕裂）。
左側(cè)是 NASA 的“毅力號”火星探測器，圓圈表示探測器的 SHERLOC 儀器校準目標的位置。右側(cè)是校準目標的特寫。底部是五塊宇航服材料樣本，科學(xué)家們正在研究它們的降解情況。圖片來源：NASA/JPL-Caltech/MSSS
火星遠非宜居之地?；鹦菧囟葮O低，細小的塵埃會粘附在太陽能電池板和宇航服上（導(dǎo)致宇航服磨損），表面充滿高氯酸鹽，這是一種對人體有毒的腐蝕性鹽。
火星也有大量太陽輻射。與地球不同，地球的磁場可以偏轉(zhuǎn)大部分太陽輻射，而火星在數(shù)十億年前就失去了磁場，隨后大部分大氣層也消失了?；鹦潜砻鎺缀鯖]有保護措施可以抵御太陽的紫外線（這就是為什么研究人員一直在研究巖層和洞穴如何為宇航員提供一些保護）。
這張圖顯示了宇航服原型（左）以及校準目標中的宇航服樣品（右下），這些樣品屬于毅力號火星車上的 SHERLOC 儀器。研究人員將對它們進行觀察，看看它們在火星表面的強烈輻射下能保持多久。圖片來源：NASA
“火星真的是一個嚴酷而艱難的地方，”倫敦自然歷史博物館的 SHERLOC 科學(xué)團隊成員喬比·拉澤爾·霍利斯 (Joby Razzell Hollis) 說。“不要低估這一點——尤其是輻射非常嚴重。”
拉澤爾·霍利斯 (Razzell Hollis) 于 2018 年至 2021 年期間在美國宇航局南加州噴氣推進實驗室擔(dān)任博士后研究員，他幫助準備 SHERLOC 登陸火星，并在火星車著陸后參與了科學(xué)操作。他之前曾研究過陽光對一種由塑料制成的新型太陽能電池板的化學(xué)影響，以及對地球海洋中漂浮的塑料污染的影響。
他將這些影響比作白色塑料草坪椅在陽光下曬了多年后變黃變脆?；鹦巧弦舶l(fā)生著大致相同的情況，但由于火星上紫外線照射較強，風(fēng)化作用可能更快。
開發(fā)更安全的宇航服材料的關(guān)鍵在于了解它們在火星表面的磨損速度。SHERLOC 在樣本中觀察到的變化中約有 50% 發(fā)生在毅力號在火星上的前 200 天內(nèi)，而 Vectran 似乎首先發(fā)生了變化。
另一個細微差別是確定宇航服不同部位必須承受多少太陽輻射。例如，宇航員的肩膀比手掌更容易暴露，因此可能受到的輻射也更多。
SHERLOC 團隊正在撰寫一篇科學(xué)論文，詳細介紹樣品在火星上的表現(xiàn)的初步數(shù)據(jù)。與此同時，NASA 約翰遜實驗室的科學(xué)家們渴望在特殊的室內(nèi)模擬火星風(fēng)化過程，這些室內(nèi)模擬火星表面的二氧化碳大氣、氣壓和紫外線。然后，他們可以將在地球上測試材料時產(chǎn)生的結(jié)果與 SHERLOC 數(shù)據(jù)中看到的結(jié)果進行比較。例如，研究人員可以拉伸材料直至斷裂，以檢查它們是否會隨著時間的推移變得更脆。
“織物材料設(shè)計得既堅韌又柔韌，因此它們可以保護宇航員，但又可以自由彎曲，”弗里斯說?！拔覀兿胫揽椢镫S著時間的推移會失去多少強度和柔韌性。隨著織物變?nèi)?，它們會磨損和撕裂，導(dǎo)致宇航服漏熱和漏氣。”
美國宇航局的“毅力號”火星車是火星上的一項旗艦任務(wù)，于 2020 年發(fā)射，是該機構(gòu)更廣泛的火星探索計劃及其“月球到火星”戰(zhàn)略的一部分。“毅力號”由位于加利福尼亞州帕薩迪納的美國宇航局噴氣推進實驗室建造和運營，正在探索耶澤羅隕石坑，據(jù)信該地曾有一片湖泊。
此次任務(wù)的一個主要目標是天體生物學(xué)，特別是尋找古代微生物生命的跡象。探測器還在研究火星的地質(zhì)和過去的氣候，以更好地了解火星的歷史，并為未來的人類探索做好準備。
毅力號是第一個收集和儲存火星巖石和土壤樣本的任務(wù)，這些樣本將被密封在管子中，以便將來返回地球。這些樣本將通過計劃中的火星樣本返回活動進行回收。這是 NASA 和歐洲航天局(ESA) 的合作項目，將使科學(xué)家能夠在地球上以前所未有的細節(jié)研究火星材料。
編譯自/ScitechDaily
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