NASA毅力号火星车正研究宇航服在火星表面的磨损速度

美国宇航局的“毅力号”火星车于 2021 年登陆火星，任务是寻找古代微生物生命的迹象并研究火星的气候和地质。但它鲜为人知的目标之一是支持未来的人类探索。作为这项工作的一部分，毅力号携带了五件宇航服材料小样本，旨在测试它们在火星表面的承受能力。

这些材料在火星极端环境中暴露了四年——强烈辐射、细尘和温度波动——现在正在接受分析，以了解它们的变化情况。目的是更好地了解宇航服在火星上能保持多长时间的功能。

毅力号正在通过在真实的火星条件下测试材料样品来帮助科学家设计未来的火星宇航服。经过四年的强烈辐射和尘埃，早期迹象表明材料降解速度很快，为更安全的探索装备提供了关键见解。图片来源：NASA/JPL-Caltech

“这是火星探测车任务的前瞻性方面之一——不仅要考虑当前的科学研究，还要考虑下一步，”NASA 休斯顿约翰逊航天中心的行星科学家马克·弗里斯 (Marc Fries) 说道，他帮助提供了宇航服材料。“我们正在为人类最终前往火星探索做准备。”

每个色板的面积为四分之三平方英寸（20 毫米见方），是用于测试SHERLOC （使用拉曼和发光扫描宜居环境以检测有机物和化学物质）设置的校准目标的一部分。SHERLOC 是毅力号机械臂末端的一个仪器。

样品包括一块聚碳酸酯头盔护目镜；Vectran（一种用于宇航员手套手掌的防切割材料）；两种具有防尘不粘特性的特氟龙；以及一种常用的宇航服材料 Ortho-Fabric。最后一种面料有多层，包括 Nomex（一种用于消防员服装的阻燃材料）；Gore-Tex（防水但透气）；以及 Kevlar（一种用于防弹背心的坚固材料，可使宇航服更耐撕裂）。

左侧是 NASA 的“毅力号”火星探测器，圆圈表示探测器的 SHERLOC 仪器校准目标的位置。右侧是校准目标的特写。底部是五块宇航服材料样本，科学家们正在研究它们的降解情况。图片来源：NASA/JPL-Caltech/MSSS

火星远非宜居之地。火星温度极低，细小的尘埃会粘附在太阳能电池板和宇航服上（导致宇航服磨损），表面充满高氯酸盐，这是一种对人体有毒的腐蚀性盐。

火星也有大量太阳辐射。与地球不同，地球的磁场可以偏转大部分太阳辐射，而火星在数十亿年前就失去了磁场，随后大部分大气层也消失了。火星表面几乎没有保护措施可以抵御太阳的紫外线（这就是为什么研究人员一直在研究岩层和洞穴如何为宇航员提供一些保护）。

这张图显示了宇航服原型（左）以及校准目标中的宇航服样品（右下），这些样品属于毅力号火星车上的 SHERLOC 仪器。研究人员将对它们进行观察，看看它们在火星表面的强烈辐射下能保持多久。图片来源：NASA

“火星真的是一个严酷而艰难的地方，”伦敦自然历史博物馆的 SHERLOC 科学团队成员乔比·拉泽尔·霍利斯 (Joby Razzell Hollis) 说。“不要低估这一点——尤其是辐射非常严重。”

拉泽尔·霍利斯 (Razzell Hollis) 于 2018 年至 2021 年期间在美国宇航局南加州喷气推进实验室担任博士后研究员，他帮助准备 SHERLOC 登陆火星，并在火星车着陆后参与了科学操作。他之前曾研究过阳光对一种由塑料制成的新型太阳能电池板的化学影响，以及对地球海洋中漂浮的塑料污染的影响。

他将这些影响比作白色塑料草坪椅在阳光下晒了多年后变黄变脆。火星上也发生着大致相同的情况，但由于火星上紫外线照射较强，风化作用可能更快。

开发更安全的宇航服材料的关键在于了解它们在火星表面的磨损速度。SHERLOC 在样本中观察到的变化中约有 50% 发生在毅力号在火星上的前 200 天内，而 Vectran 似乎首先发生了变化。

另一个细微差别是确定宇航服不同部位必须承受多少太阳辐射。例如，宇航员的肩膀比手掌更容易暴露，因此可能受到的辐射也更多。

SHERLOC 团队正在撰写一篇科学论文，详细介绍样品在火星上的表现的初步数据。与此同时，NASA 约翰逊实验室的科学家们渴望在特殊的室内模拟火星风化过程，这些室内模拟火星表面的二氧化碳大气、气压和紫外线。然后，他们可以将在地球上测试材料时产生的结果与 SHERLOC 数据中看到的结果进行比较。例如，研究人员可以拉伸材料直至断裂，以检查它们是否会随着时间的推移变得更脆。

“织物材料设计得既坚韧又柔韧，因此它们可以保护宇航员，但又可以自由弯曲，”弗里斯说。“我们想知道织物随着时间的推移会失去多少强度和柔韧性。随着织物变弱，它们会磨损和撕裂，导致宇航服漏热和漏气。”

美国宇航局的“毅力号”火星车是火星上的一项旗舰任务，于 2020 年发射，是该机构更广泛的火星探索计划及其“月球到火星”战略的一部分。“毅力号”由位于加利福尼亚州帕萨迪纳的美国宇航局喷气推进实验室建造和运营，正在探索耶泽罗陨石坑，据信该地曾有一片湖泊。

此次任务的一个主要目标是天体生物学，特别是寻找古代微生物生命的迹象。探测器还在研究火星的地质和过去的气候，以更好地了解火星的历史，并为未来的人类探索做好准备。

毅力号是第一个收集和储存火星岩石和土壤样本的任务，这些样本将被密封在管子中，以便将来返回地球。这些样本将通过计划中的火星样本返回活动进行回收。这是 NASA 和欧洲航天局(ESA) 的合作项目，将使科学家能够在地球上以前所未有的细节研究火星材料。

编译自/ScitechDaily