撰文 / 鄭永春（中國科學院國家天文臺）
2020年，是一個火星年，多顆火星探測器即將發射升空。火星車是多種高新技術的集成，也是各國深空探測競賽的戰略制高點。在火星探測歷史上，曾經有三代戰功卓著的火星車。
先鋒官索傑娜號
科幻大片《火星救援》中，馬克經過長途跋涉，找到了遺留在火星表面上的火星車，利用火星車上的天線，他重新與地球上的工作人員取得聯繫並最終獲救。影片中救了馬克一命的那輛火星車，並非是憑空捏造出來的，而是1996年發射升空，1997年7月4日登陸的火星車——索傑娜號。
索傑娜號是一輛小型火星車，僅10.6千克重。登陸火星前，它搭載在火星探路者號（Mars Pathfinder）著陸器上。登陸展開後的火星車，長65釐米，寬48釐米，高30釐米。搖臂轉向架可以檢測到20釐米高的岩石，如果火星車有側翻危險，坡度感應器則會發出警報。因為個子太矮，所以從索傑娜拍到的照片中，火星上的石塊看起來都很高大。
索傑娜號的上甲板鋪設了一層太陽能電池，車內安裝了一套電子系統，設計壽命只有一星期。火星車有一根桿狀天線，但由於功率太小，無法將信號直接發送給地球，只能通過著陸器進行轉發，才能與地球通信。當它正式工作時，地面工程師會通過著陸器，傳給它一系列運動指令，引導它前進。除了可以遙控駕駛，索傑娜還有一種自動駕駛模式——可以自主選擇路線，我們只需告訴它提前避開某些障礙物即可。
索傑娜走的很慢，最快的時候也只有1釐米/秒，這也是勇氣號、機遇號和好奇號設計的最快速度 。而且，它也離不開著陸器，只能一直圍繞著陸器工作。
由於重量限制，索傑娜的探測設備也很簡單，只在火星車後部安裝了一個簡易的彩色攝像頭和一臺能譜儀。遇到要分析的岩石時，火星車必須掉頭，讓車尾的能譜儀直接接觸石塊，才能進行分析。
作為第一代火星車，索傑娜為此後更復雜、功能更強大的機器人火星車，擔當起了“探路先鋒”的重任。
三代火星車的大小對比，從小到大依次為索傑娜、機遇號和勇氣號（由於結構完全相同，所以只展示其中一輛）、好奇號（NASA/JPL-Caltech）
跑馬拉松的勇氣號、機遇號
勇氣號和機遇號是一對“雙胞胎”，不僅外形長得一模一樣，連攜帶的探測設備也完全相同。小哥倆分別於2003年6月10日和7月7日前後腳發射，2004年1月4日和1月25日先後登陸火星。
勇氣號的目的地，是直徑約150千米的古謝夫撞擊坑。登陸後，勇氣號發現，古謝夫並沒有沉積物，只有火山噴發的玄武岩。機遇號的目的地，位於火星赤道以南的子午線平原。那裡特別平坦，厚達數百米的灰色赤鐵礦覆蓋在阿拉伯臺地上，看起來就像火山噴發的碎屑物質。
勇氣號和機遇號之所以都選擇在赤道地區登陸，一是因為那裡的太陽能比較充足，可以給火星車提供充足的電能；二是因為那裡地勢低窪，海拔較低，用降落傘進行減速的距離更長，效果更好。
作為第二代火星車，勇氣號和機遇號各重170千克，是索傑娜號的16倍。它們的個子也要高得多，桅杆上導航相機的視場更寬，這讓地球上的工作人員看它拍攝的照片，就像身臨其境一般，因而能方便地操控火星車。
作為機器人“地質學家”，勇氣號和機遇號的主要目的是分析火星岩石的物理特性、化學和礦物組成。火星上的沙塵暴常常席捲全球，因此，幾乎整個火星表面都覆蓋了一層紅色的沙塵。當年，索傑娜號就被這層沙塵給矇蔽了，它在著陸器周圍走來走去，看到的物質成分都差不多。“吃一塹，長一智”，為了揭開沙塵底下的秘密，科學家給第二代火星車配備了專門清除石塊表面灰塵的不鏽鋼刷頭，同時還配備了一個鑽頭。這個鑽頭可以在石頭上打磨出一個幾釐米深的圓孔，然後用光譜儀就可以分析岩石內部的成分。
更令人稱道的是，作為一款低成本航天器，勇氣號和機遇號當初的設計壽命只有短短的三個月（90個火星日，1個火星日比地球日約長半小時）。但是，它們的表現遠遠超出人們的預期：勇氣號一直運行至2010年，工作了6年多，跑了7.7千米；機遇號更是一直運行至2018年（是設計壽命的59倍），工作了整整15年（約相當於8個火星年），而且，它還是宇宙“馬拉松”比賽的冠軍，跑了45.16千米，超過一個全程馬拉松的長度。
核動力“航母”好奇號
好奇號屬於第三代火星車，質量更重、體積更大、功能也更強大。它的外形尺寸與一輛私人轎車差不多，重約900千克，相當於勇氣號或機遇號的5倍。因為太重，所以不能像前三輛火星車那樣，用安全氣囊彈跳的方式登陸。為此，工程師們研發了一種全新的登陸方式——空中吊車。這種登陸方式，不僅可以把更重的設備運到火星表面，而且相比用氣囊著陸，火星車受到的衝擊也要小得多。
一位藝術家描繪的空中吊車下方懸掛著好奇號火星車，
準備在火星表面著陸時的場景（NASA/JPL-Callech）
作為第一輛沒有“翅膀”的火星車，好奇號採用同位素溫差發電機，通過放射性元素衰變釋放的熱量進行發電。由於不再受到太陽能發電的約束，好奇號著陸區的選擇範圍更寬。最終，它選擇了機遇號和勇氣號曾經想去而不敢去的蓋爾撞擊坑。
好奇號還有一個官方的正式名稱——火星科學實驗室。這是因為地球上一個普通巖礦實驗室能做的常規分析任務，好奇號都能獨立完成。它配備了9臺科學儀器和1個環境探測包，光是相機就有3個。它能抓、能鏟、能鑽探，還能篩選、研磨、轉移到測試盒，添加化學試劑，進行加熱，測量光譜，得到顯微圖像，真的就像一位合格的地質學家。
好奇號的設計壽命只有2年，但目前仍然狀態良好，是唯一仍在正常運行的火星車。好奇號發現，蓋爾撞擊坑中曾經有過一個淡水湖，這樣的中性環境顯然更適合生命的繁衍；它發現了一片鵝卵石，根據石頭的大小和圓度，科學家推測，這些鵝卵石是被水流從別處搬運過來的；它還檢測到大氣中含有甲烷，如果是在地球上，根據這些數據，科學家已經可以宣佈火星上有生命活動。樣品分析儀在土壤中檢測到多種有機物，但科學家還無法確定這些有機物的來源。因為除了生命活動會產生有機物，還有大量的有機物會隨著隕石和宇宙塵埃落到火星上。
顯然，科學家還需要更多的證據，才能回答火星上究竟有沒有生命。而這，有待下一輛火星車來完成。目前，好奇號這艘核動力火星車的使命仍未終結。未來，它還會帶給我們哪些激動人心的發現呢？
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