人類最牛的一輛「車」，與那些恰到好處的「瘋狂」
此時此刻，大約七千萬公里之外，在那顆鏽紅色的星球上，價值 25 億美元，人類歷史上最偉大的一輛「車」自著陸火星開始，不休不止地工作了 2388 個火星日。對地球上 NASA 的科學家而言，這是 2453 個朝夕。
這輛 16 年前開始研發，8 年前發射升空離開地球的火星探測車，在今天看來，無論是機械工程還是外星探索的領域，它依然是人類歷史上的一個巔峰。然而，真正讓好奇號成為一個「奇蹟」的，是它剛剛進入火星大氣層時的那次不可思議的「花式降落」。
火星上的好奇號〡NASA
一輛偉大的「車」
自 1996 年以來，「好奇號」是 NASA 第四臺成功登陸火星的探測車，在此之前的三臺分別是 1997 年探路者專案的「索傑納號」，2004 年著陸的「勇氣號」和「機遇號」。
「索傑納號」大概只有一個烤箱大小，「勇氣號」和「機遇號」和割草機差不多大，相比之下，比後兩者大了兩倍、重了五倍的「好奇號」不僅是 NASA 有史以來最龐大、最複雜的火星車，它更是一輛真正的「車」。
好奇號的首要任務就是探究寒冷、乾燥以及貧瘠的火星是否曾經有支援生命存活的跡象。為了完成任務，NASA 的科學家們給好奇號裝上了各式各樣的複雜探測儀器，包括能鑽孔的機械臂，取樣分析的 X 射線分光儀，用於導航、避險、化學用途等等的各種專業攝像機，以及對礦物、水分子和其他化學元素進行分析的各種分析儀等等。
滿負荷的「好奇號」重量達到了整整一噸，加上比前輩翻番的尺寸，好奇號如何在火星上安全著陸，成為了專案最難的一環。
無奈之下，負責「好奇號」的 NASA「火星科學實驗室」專案將希望將寄託在了噴氣推進實驗室（Jet Propulsion Laboratory，JPL）身上。
實驗室裡的好奇號〡Flickr
不可能完成的任務
噴氣推進實驗室是由 NASA 贊助，隸屬於加州理工學院的太空探索科研機構，在歷史上接手了包括卡西尼號和伽利略號在內的多個無人太空探測任務的開發和管理。
JPL 承擔了好奇號專案的 EDL 階段（進入-降落-著陸）。為火星探測車策劃一個從進入大氣層到最終著陸的系統，是噴氣推進實驗室的看家本事，但即使如此，好奇號的專案難度還是讓噴氣推進實驗室的頂級火箭科學家們感到頭痛不已。
EDL 小組首先想到了勇氣號和機遇號的氣囊方案，通過將火星車放置在氣囊中緩解衝擊力。但火星大氣的密度只有地球的 1%，只靠大氣摩擦和降落傘不足以安全降落。對於好奇號來說，氣囊撞擊火星地表會對機器內部的敏感儀器產生損害，此外，在原本就龐大的機身上再加一個氣囊，無疑會增加更多的重量，進而增加發射成本。
於是 JPL 又想到了 2007 年鳳凰號的三腳式著陸系統，不過想要支撐好奇號這個龐然大物，三角式著陸系統也未必穩定。好奇號需要搭載更大的火箭，可能會在著陸中造成隕石坑，為火星車著陸後帶來困難。
以往的著陸方式原本就存在著一定的風險，在發射好奇號之前，人類 41 項火星任務中只有 15 項任務取得了成功。不到一半的成功率讓火星探測成為了一個彷彿上帝擲骰子一樣高風險的任務，某種程度上，對理解這超高的著陸失敗率的火箭科學家們而言，登陸火星本就是一件聽天由命的事。
最不可能被否決的方案
總有人不願聽天由命。
一籌莫展之際，好奇號首席機械工程師、負責 EDL 階段的亞當·施特爾茨納（Adam Steltzner）心裡很清楚，他和團隊正在經歷著那個所謂的「思維暗室」（dark room）。
在 2003 年的「火星探測漫遊者」專案中，施特爾茨納經歷過同樣的絕望，他和團隊在解決氣囊問題上寸步難行。回想起來，他說自己是在經歷一個思考的絕望時期，「最難熬的一件事就是不知道現在是黎明前的黑暗還是真正黑暗的開始」。
經手專案無數，多次從這種「思維暗室」中走出的經驗告訴施特爾茨納，在真正的創新之前，「暗室」總會到來，「暗室」會讓科學家和研究員們感到絕望，感到專案難以為繼，但他們自己不能放棄。「懦夫有一千種死法」，在回顧這些年經歷的一切時，施特爾茨納引用了莎士比亞的名言。
2003 年，施特爾茨納和他的團隊頭腦風暴了三天，構思出「天空起重機」（sky crane）的原型，一個通過大氣摩擦、降落傘、減速火箭和幾根尼龍繩組成的著陸方案。
這是一個從未在航天任務中使用過的著陸方案。在進入火星大氣後，火星探測車先後依靠大氣摩擦和降落傘完成第一階段的減速，隨後開啟減速火箭「天空起重機」，利用火箭助推實現整個火星車和助推器的懸停，最後用一根 20 米長的纜繩，一點點將伸出了六個輪子的好奇號「安放」在火星地表上預設的著陸地點，穩定著陸後，「天空起重機」飛往安全距離之外撞向地表。
施特爾茨納為這個方案感到興奮，這是對目前已有方案的一次巨大突破，在目前的情況下，他認為這是最不可能被否定的方案。
「天真和傲慢讓我們以為所有人都會同意我們的方案，但是事實上不是這樣的。」施特爾茨納說道。「天空起重機」的方案傳到了當時 NASA 局長邁克爾·格里芬的耳朵裡，從不會過問細節的宇航局局長破天荒地將施特爾茨納等人叫到華盛頓向 NASA 各個中心代表解釋這個從未在航天任務中執行的著陸方案。
起初在格里芬看來，有過成功經驗的氣囊方案都比天空起重機更為合適。不過，在施特爾茨納的堅持和說服下，格里芬作出了妥協，「我覺得這個方案太瘋狂了。但也許，它是可行的，這種瘋狂，也許是恰到好處的。」
一年多之後，EDL 小組在此基礎上嘗試多種觸地邏輯，「天空起重機」的概念逐漸得到 EDL 內部和外部專家稽核委員會的通過，方案由此正式啟用。
好奇號降落模擬圖〡Wikimedia
驚險七分鐘
2011 年 11 月 26 日，好奇號從肯尼迪航天中心出發。八個月，經歷了 5.6 億公里的飛行旅程後，好奇號迎來了最關鍵的節點。
2012 年 8 月 6 日，噴氣推進實驗室全員擠在執行任務的「作戰室」裡，EDL 小組監控著每一次資料的傳入，整個 EDL 階段也就是好奇號從大氣層降到火星表面需要 7 分鐘，在這 7 分鐘內，好奇號需要把時速從 21000 公里下降到 0，每一個瞬間的動作都由超過 50 萬行的計算機程式碼決定，地面的控制中心無法提供任何幫助。對這群世界最頂尖的科學家而言，這是他們十年來努力驗證的一刻，要麼功成名就，要麼身敗名裂，對冒險啟用了「天空起重機」方案的施特爾茨納而言，尤為如此。
在 EDL 內部，他們把這段時間稱為「驚險 7 分鐘」（Seven Minutes of Horror）。
監控屏上不斷有資料傳來。緊接著語音系統內不斷有人說，「可能已經著陸成功」…「火星車慣性測量單元穩定」…「持續接收到來自火星天線的超高頻無線電訊號」…「確認著陸」。
整個房間沸騰了。
好奇號最終順利以 0.6m/s 的「溫和」速度降落在火星蓋爾撞擊坑內的伊奧利亞沼，它的實際著陸點距離預定陸地點僅僅相差 2.4 公里，完成了有史以來最精確的著陸。
再美國宇航局（NASA）釋出的一段紀錄片中，好奇號 EDL 專案負責人施特爾茨納在片頭中說道，「當人們看到它的時候，他們覺得這太瘋狂了。這是很自然的反應。有時候我們看它，都會覺得瘋狂」。
亞當·施特爾茨納在噴氣推進實驗室的簡報會上演示好奇號的降落方案〡Wikimedia
在這兩千多個日夜，近七年對未知世界的探索中，NASA 科學家們和好奇號火星探測車一起，經歷了最初著陸時的驚惶，研究突破時的狂喜，沙暴中停機待命的無奈，以及挺過沙暴、「返崗工作」後的驕傲。兩千多個日日夜夜過去，好奇號仍然在不休地工作著。憑著核能動力源的供給，原先只安排了 23 個月工作計劃的好奇號可以繼續在火星上持續工作 55 年。也許等到人類登陸火星的那一天，我們還可以見到正常運作的好奇號。
現在，締造了七千萬公里外那輛人類歷史上最不可思議的一輛「車」的人，亞當·施特爾茨納即將來到中國，在成都極客公園 Rebuild 大會的現場，和我們聊一聊「好奇號」背後恰到好處的瘋狂創新，以及那些啟發他獨立思考的原點時刻。
責任編輯：宋德勝