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　　來源：中國航天

　　在過去的20年裡，美國航空航天局（NASA）火星探索計劃表明，火星曾經與今天這個寒冷、乾燥的星球有很大的不同。其中，著陸和軌道飛行任務發現的證據顯示，數十億年前的火星環境是潮濕的。這些環境持續了足夠長的時間，可能支持了微生物生命的發展。

　　任務目標及策略

　　1  任務目標

　　「火星2020」（Mars 2020 ）任務主要是了解火星的地質情況，並尋找古代生命的跡象。該任務將收集和儲存一套岩石和土壤樣品，這些樣品可能會在未來返回地球。它還將測試新技術，使未來機器人和人類對火星的探索受益。

　　任務要達到的目標如下

　　（1）確定火星上是否曾經存在生命：Mars 2020 任務的「毅力」火星車的任務重點是研究火星表面環境，在古代火星環境中形成的岩石樣品中尋找保存下來的生物跡象，這些岩石環境可能有利於微生物生存。這是人類第一次旨在尋找過去微生物生命跡象的火星車任務。在這之前的火星車任務是確認火星曾經有過宜居條件。科學家們確定的Mars 2020 任務著陸點的環境條件，可能包括曾經流動或豎立的岩石層。

　　（2）研究火星氣候狀況：「毅力」火星車的儀器會尋找過去可能存在微生物生命的古代宜居環境的證據。隕石坑和山脈中的岩層包含了火星過去的地質記錄。

　　（3）研究火星的地質特徵：「毅力」火星車的設計目的是研究岩石記錄，以揭示更多關於隨著時間的推移創造和改變火星地殼和表面的地質過程。火星表面的每一層岩石都記錄了它形成時的環境。火星車尋找在水中形成的岩石的證據及其保存有機物的證據。

　　（4）為人類探索做好準備：「毅力」火星車會驗證利用火星環境中的自然資源支持生命和製造燃料的關鍵技術。它還監測環境條件，以便未來任務的設計人員更好地了解如何保護未來登陸火星的人類探險者。這一科學目標與美國計劃在21世紀30年代將人類送上火星的國家太空政策有關。曾前往火星的機器人任務建立了對環境的認識，併為未來登陸火星測試了創新技術。

　　2  任務策略

　　NASA對火星有一個長期而系統的探索計劃。各火星任務相互依賴，前期任務中的發現和創新將指導後續的工作。火星任務由不斷發展的、以發現探索為目標驅動的科學戰略指導，這些戰略保持了火星科學探索內容的連續性。

　　指導NASA火星探索的首個框架主題是「跟隨水源」，即尋找水存在的跡象，因為水對宜居環境和生命是必不可少的。了解火星的地質和氣候歷史也很重要，可能會對未來的人類探索起到支持作用。

　　隨著過去的軌道器、著陸器和火星車找到水的證據，NASA認為現在可以開始「探索宜居性」了，以尋找生命所必需的更多條件，包括人類所知的生命所必需的化學物質。2012年，「火星科學實驗室」（MSL）任務中登陸火星的 「好奇」火星車取得一系列發現成果，也標誌著可以過渡到「尋找生命跡象」這項探索工作中。因此，Mars 2020任務中的「毅力」火星車將不僅尋找古代火星上宜居條件的跡象，更重要的是直接尋找過去微生物生命本身的跡象，進行長期的機器人探索，並解決關於火星上生命可能性的天體生物學問題。

　　Mars 2020任務最核心也是具創新意義的策略是「站點緩存」。「毅力」火星車引入了一種鑽頭，可以收集最可能發現生命的岩石和土壤的岩心樣品，並將它們放在火星表面的「緩存站點」中。這是一種新的火星車收集、存儲和保存樣品的能力，也是火星車首次攜帶鑽頭從火星岩石和土壤中提取岩心樣品。在未來的任務中，會把這些樣品帶回地球。這將有助於科學家在實驗室里研究樣品。同時還會測試一種從火星大氣中生產氧氣的方法，確定水資源等，改進安全著陸技術，並確定影響未來航天員在火星生活和工作的天氣、灰塵和其他環境條件等。

　　Mars 2020任務由美國加州理工學院位於加利福尼亞州帕薩迪納市的噴氣推進實驗室（JPL）具體實施，並受NASA設在華盛頓特區的科學任務理事會管理。

　　Mars 2020任務充分繼承了MSL任務及其「好奇」火星車經驗證的著陸與探測技術。這有利於降低任務成本和風險。「毅力」火星車的遠程移動系統允許它在火星表面行駛5~20km。

　　Mars 2020任務依賴於技術創新，特別是在進入、下降和著陸（EDL）方面。與MSL任務的「好奇」火星車一樣，Mars 2020探測器也使用了有導航的EDL系統。Mars 2020任務著陸系統包括一個降落傘、下降級，以及一種被稱為「空中吊車動作器」的機械，在著陸前的最後幾秒鐘，用繫繩將火星車降到地面。這種著陸系統及方案提供了將一輛非常大的重型火星車降落到火星表面的能力，這種著陸設計使得「好奇」更精準。

　　「毅力」火星車增加了新的EDL技術，如距離觸發器（RT）可提供提高打開降落傘的時間精度，以及地形相對導航（TRN）、EDL相機與麥克風等。TRN使得火星車探在穿過火星大氣層下降期間測並避開危險的地形；麥克風允許工程師分析Mars 2020探測器EDL過程的性能，還可能捕捉到火星車工作時的聲音，讓工程師了解火星車健康和操作情況。

　　發射前準備工作

　　1  科學定義與儀器選擇

　　NASA 對Mars 2020任務的前期規劃主要是任務概念和要求定義（A階段）、初步設計和技術開發（B階段），完成這兩個階段后就開始進行科學定義和儀器選擇。NASA選擇了一個科學家團隊來提出任務目標、所需的能力以及需要攜帶的儀器。

　　根據NASA科學任務理事會的既定程序，儀器選擇過程首先是成立1個科學定義小組，負責總述Mars 2020的任務目標、火星表面工作、1套概念驗證儀器，以及滿足擬議目標的門檻科學評測建議。NASA接受或修改了這些建議后，就發佈了機會公告（Announcement of Opportunity）。NASA將按照科學任務理事會的既定程序，公開競爭任務特定科學有效載荷的機會。競爭團隊中的科學家和工程師專注於設計符合既定標準的儀器。NASA從提交的提案中選擇最佳選項。

　　為了充分開展研究，NASA開放了任務特定科學載荷的承擔機會。2014年7月31日，NASA宣布了「毅力」火星車科學儀器入選情況。

　　2  著陸點選擇

　　決定「毅力」火星車著陸點的關鍵問題如下：

　　（1） 「毅力」火星車能在這個地點實現任務的所有科學目標嗎？

　　（2）在這個地區的岩石記錄中，是否有跡象可表明火星曾存在可支持微生物生命的合宜環境條件？

　　（3）該地區是否涵蓋那些來自火星的、可能支持遠古時代生命生存的岩石和「土壤」（風化層）？

娛樂城推薦　　（4）不同的地質和環境過程，包括與水的相互作用，是否隨著時間的推移改變了這些岩石？

　　（5）該地點的岩石類型是否能夠保存證明過去生命存在所需的物理、化學或生物學跡象？

　　（6）如果有一天可能返回地球，科學家們利用火星車緩存的樣品進行基礎性發現的潛力是否足夠？

　　（7）著陸點是否有水資源（水、冰和/或含水礦物）可供火星車研究，以了解未來登陸火星的人類可能使用的水資源？

　　（8）火星車能在不面臨重大危險的情況下從一個地方著陸到另一個地方嗎？

　　基於以上，最終NASA選擇了一個具有液態水歷史的地方，從而符合Mars 2020任務著陸點選擇的標準。

　　2017年2月8-10日，在「毅力」火星車任務第3次的著陸點研討會上，科學家團隊將NASA的「毅力」火星車著陸點範圍從8個縮少至3個，即：哥倫比亞山的古瑟夫（Columbia Hills， Gusev）隕石坑、傑澤羅（Jezero）隕石坑、東北部流沙帶（NE Syrtis）。

　　拍攝於2011年11月21日的傑澤羅隕石坑圖像綜合了NASA「火星勘測軌道器」（MRO）上的兩台儀器，即緊湊型火星偵察成像光譜儀和場景相機。可以看出，火星曾經間斷出現過有水的環境，至少有2次從火山口進水和出水。35億多年前，河流溢出了隕石坑壁，形成了一個湖泊。古代火星上的水雕刻出了水道，並輸送了沉積物，在湖盆內形成了扇形和三角洲。從軌道上獲得的傑澤羅隕石坑光譜數據可知，這些沉積物含有證明水進行化學變化的礦物，沉積物中含有粘土和碳酸鹽。
     科學家根據數據推測，湖水乾涸后，水將周圍地區的粘土礦物帶進了隕石坑。微生物生命可能在這些潮濕時期中的一個或多個時間段生活在這裏，在湖床沉積物中可能會發現它們的遺骸。

　　3  測試與組裝

　　火星車的隔熱罩和后殼於2019年12月11日從科羅拉多州丹佛市的洛馬公司航天事業部運抵肯尼迪航天中心。「毅力」火星車在JPL的航天器組裝設施（SAF）潔凈室建造和測試，並於2020年2月12日搭乘C-17運輸機從加利福尼亞州飛往佛羅里達州航天港肯尼迪航天中心后不久，就被轉移到該航天港的有效載荷危險服務設施（PHSF）進行拆箱。2020年1月，在PHSF內部對「毅力」火星車減速器進行了多項重要測試，包括測量旋轉檯上的重心和慣性力矩，以及升力活動等處理工作。

　　運載火箭發射計劃

　　1  發射概況

　　Mars 2020任務設計的發射時間點是地球和火星處於有利於探測器前往火星並降落在火星上的公轉軌道位置的時刻。這種相對位置使探測器從地球到達火星所需的發射能量最少。發射Mars 2020任務探測器的火箭使用「宇宙神」5-541運載火箭，與2011年11月26日發射MSL及其「好奇」火星車的火箭相同。

　　NASA已經成功使用「宇宙神」5運載火箭發射了多項深空探測任務：MRO（使用「宇宙神」5-401火箭），「新地平線」冥王星探測器（使用「宇宙神」5-551火箭），MSL（使用「宇宙神」5-541火箭），「洞察」探測器（使用「宇宙神」5-401火箭），「朱諾」木星探測器（使用「宇宙神」5-551火箭）等。

　　「宇宙神」5-541運載火箭是一次性運載火箭（ELV），不可回收再次使用。型號代號「541」中，「5」表示有效載荷整流罩或鼻錐的直徑約5m；「4」表示用4個固體火箭助推器與通用芯級並排捆綁固定；「1」表示使用了單引擎「半人馬座」上面級。

　　2  火箭一子級

　　「宇宙神」5-541運載火箭執行Mars 2020任務發射分為2級工作。一子級是通用芯級和捆綁的助推器點火工作，為火箭進入地球軌道提供動力。

　　火箭一子級的通用芯級長32.46m，直徑3.8m。它有1個帶節氣門的RD-180發動機，該發動機來自由佛羅里達州Pratt & Whitney Rocketdyne公司和莫斯科的NPO Energomash機構組建的合資企業。熱穩定的煤油燃料（RP-1型）和液氧在發射前不久被加註到圓柱形燃料箱中，圓柱形燃料箱約佔火箭總高度的一半。通用芯級在節氣門全開時可以提供高達3800kN的推力。

　　通用芯級上捆綁了4個固體火箭助推器，每個助推器長19.5m，直徑155cm，提供約1360kN的推力。

　　3  火箭二子級

　　火箭二子級工作是指「半人馬座」上面級點火工作，加速航天器脫離地球軌道，進入地火轉移軌道，最後飛向火星。「半人馬座」上面級點火2次，第1次點火是為了將火箭和航天器組合體送入低地球軌道，第2次點火是為了加速航天器離開地球軌道，前往火星。2個級間適配器連接了火箭的一子級與「半人馬座」上面級。「半人馬座」有1個可重新啟動的RL-10發動機，該發動機由Pratt & Whitney Rocketdyne公司研製。這台發動機使用液氫和液氧提供動力，可以提供高達99.235kN的推力。「半人馬座」可以精確地控制它的方向，這對於在發動機點火時控制推力方向非常重要。它攜帶有自己的飛行控制計算機，並能以所需的姿態和旋轉速度釋放有效載荷航天器。整個Mars 2020任務探測器安裝在「半人馬座」上面級頂部有效載荷整流罩內。

　　Mars 2020探測器

　　登陸火星方案

　　1  火星任務的進入、下降、著陸

　　Mars 2020任務採用了與「好奇」火星車相似的EDL過程。在EDL過程中，Mars 2020探測器採用了新著陸技術，包括RT、TRN、火星進入、下降和著陸設備2（MEDLI2），以及著陸攝像機和麥克風。

　　（1）距離觸發器

　　RT是Mars 2020探測器用來計算降落傘展開時間的技術名稱。RT作為新的精確著陸技術就是像是選擇合適的時機扣動「扳機」，釋放探測器著陸降落傘。

　　RT技術顯著縮小了「毅力」火星車的著陸橢圓區域，使火星車更接近科學探索感興趣的目標區域。圖10示意了「毅力」火星車的著陸橢圓區域（紅線）與「好奇」火星車的著陸橢圓區域（藍線）之間的誤差對比。但兩者著陸地點並不相同，「好奇」火星車著陸地點在蓋爾隕石坑。

　　之前任務中的火星車在研究目標區域附近著陸，但要花幾周和幾個月的時間才能行駛到主要目標地點。Mars 2020任務團隊研究的RT技術及其著陸策略，讓火星車著陸地點比以往任何時候更接近目標地點，將著陸橢圓區域面積縮小了50%以上。對於同樣的區域，著陸於大橢圓區域比小橢圓更危險，因為其表面可能包含更多的危險地形和其他不確定性。

　　之前的任務中，探測器會儘可能早地展開降落傘。RT技術不是儘早打開降落傘，而是根據著陸目標的位置來打開降落傘，可以提前或延後打開，這取決於它離目標地點的距離有多近。如果探測器將要越過著陸目標，降落傘就會早打開，如果不到目標，降落傘將在更接近目標時展開。

　　RT技術可能會讓「毅力」火星車到科學家們想研究區域的距離再縮短約10km，同時未來任務著陸時也可以更接近在地表儲存了樣品的「緩存站點」。這讓科學家們可以進入更多的古代微生物生命環境地點。

　　（2）地形相關導航

　　TRN是一種創新的EDL技術，允許下降的「毅力」火星車探測到複雜的地形，並將自己轉向更安全的著陸區。

　　在軌工作的火星軌道器拍攝並創建了包括已知危險在內的著陸點地圖，「毅力」火星車將這張地圖存儲在它的計算機「大腦」中。在用傘降接近地表過程中，「毅力」火星車會拍攝快速接近的地表照片，並將照片中的地標與「大腦」中地圖進行快速比較。如果它正駛向直徑約300m的危險地面，火星車可改變方向在安全的地面進行著陸。

　　科學家最感興趣的探測地點可能位於複雜的地形中，有特殊的岩石和土壤，可能保存著火星上過去微生物生命的跡象，但對於著陸而言風險很大。到目前為止，這些潛在的著陸點中有許多都是無法進入的。在過去的火星任務中，99%的潛在著陸區（著陸橢圓）必須沒有危險的斜坡和岩石才能確保安全著陸。通過地形相關導航技術，「毅力」火星車可以在更多感興趣區域著陸。

　　TRN技術顯著改善了對火星車與地面相對位置的估計。在之前的任務中，搭載火星車的探測器系統在進入火星大氣層之前以及進入期間，根據深空網路（DSN）提供的輻射數據，初步估算其相對於地面的位置。在之前，EDL的估算誤差大約為1~2km，在進入大氣期間估算誤差增長到約2~3km。利用地形相關導航技術，「毅力」火星車在用降落傘降落穿過火星大氣時估算自己的位置，以大約60m或更高的精度確定其相對於地面的位置。

　　（3）火星進入—下降和著陸設備2

　　MEDLI2是用於EDL的下一代感測器套件，以NASA 的MSL任務中飛行的1台儀器為基礎。之前的儀器只收集了隔熱板上的數據。MEDLI2可以在EDL過程中收集隔熱罩和下降機體後部的溫度和壓力測量結果。這些數據幫助工程師驗證設計的模型，以改進未來任務中的EDL系統。來自MEDLI2和火星車的地表氣象站（MEDA）的大氣數據可以幫助科學家和工程師了解大氣密度和風，對於降低無人任務和未來的人類火星任務的風險至關重要。

　　（4）EDL相機與麥克風

　　Mars 2020系統有1套攝像機，可以幫助工程師了解EDL過程狀況。Mars 2020系統設計中在「好奇」火星車基礎上，增加了多個下降時使用的攝像頭。相機套件包括：多個降落傘「仰視」相機、1個下降級「俯視」相機、1個火星車「仰視」相機和1個火星車「俯視」相機。Mars 2020 EDL系統還包括1個麥克風，用於捕獲EDL期間的聲音，如多個下降發動機啟動時的聲音。

　　除了提供工程數據外，攝像機和麥克風還被認為是「公眾可體驗的有效載荷」，可以讓人們體驗到自己乘坐飛行器到達地面的過程。一段描述「好奇」火星車2012年著陸時「恐怖7分鐘」的視頻曾廣泛傳播，但其中使用了大量計算機生成的動畫。從來沒有人看到過探測器系統在火星大氣層中打開降落傘、用繫繩將火星車從下降級著陸到火星表面、繫繩被切斷後火星車著陸而下降級飛離現場的過程。

　　2  火星表面工作策略與內容

　　「毅力」火星車著陸后，工程師會進行首次測試，以確保火星車處於「安全狀態」。

　　「毅力」火星車使用「站點緩存」策略進行火星表面工作。在圖11中，「紅色×」表示著陸點。在主要任務期間，「毅力」火星車沿著實心白線行駛，在「藍點」表示的「感興趣區域」採集樣品。1個感興趣的區域作為保存樣品（樣品岩芯柱體覆蓋的藍點）的緩存站點。如遇到任務拓展的情況，火星車將通過虛線指示的路線往返於其他感興趣的區域，以補充最初的樣品站點緩存。

　　火星車在地面作業期間主要工作目標：一是尋找火星古代微生物生命可能生存過的環境下形成或進化的岩石；二是找到能夠保存古代生命化學痕迹（生物特徵）的岩石；三是從大約30個目標岩石和土壤（風化層）中鑽探岩芯樣品，並將它們放置在火星表面的緩存站點；四是測試從火星二氧化碳大氣中生產氧氣的技術，以支持未來的人類任務。

　　具體工作步驟如下：

　　第一步——找到引人注目的岩石：科學家們首先確定有希望發現生命跡象的岩石目標，選擇範圍主要是那些在水中形成或被水改變的岩石（這些岩石中有希望發現有機分子，它們是構成生命體的主要化學物質）。一些特殊類型的岩石可以保存數十億年的生命化學痕迹。除了這些特殊的岩石外，火星車還收集火山岩和其他岩石，以幫助建立隨著時間的推移而形成的地質記錄和環境變化記錄。

　　第二步——收集岩石樣品：一旦科學家確定了感興趣的岩石目標，「毅力」火星車就會從中鑽取出一個岩芯樣品，旋轉衝擊取芯鑽頭可穿透目標材料的厚度約為5cm。同時，火星車攜帶著樣品預清洗管用來存放。

　　第三步——密封岩石樣品：「毅力」火星車將岩芯樣品從岩石上分離出來，並將樣品蓋上蓋子密封在試管中。每個樣品質量約15g。

　　第四步——攜帶樣品：「毅力」火星車將每個密封的試管放在車上的1個儲藏架上運輸，直到地球上任務管理人員發送指令選擇將其存放在火星表面。在「站點緩存」的策略下，任務管理人員決定何時何地離開試管。在基線計劃中，火星車將1個或多個大組的樣品放置在預先設定的站點。

　　第五步——緩存樣品：「毅力」火星車將火星樣品等放在火星地面的同一位置，以便未來的任務可以再次獲取它們並將其帶回地球。「毅力」火星車可以緩存超過30個選定的岩石和土壤（風化層）樣品。火星軌道器拍攝的圖像可以識別樣品的位置，精確度約為1m，從而在未來任務中幫助將樣品帶回地球。

　　Mars 2020探測器結構

　　Mars 2020探測器系統由巡航級、下降級、減速器和火星車等部件共同組成，在穿過火星大氣層時，它們會一個接一個地脫落，直到「毅力」火星車安全降落在火星表面。

　　1  巡航級

　　巡航級是用於Mars 2020整個探測器從地球航行到火星附近的結構體。

　　2  進入大氣、下降與著陸系統

　　EDL系統是用於進入火星大氣層的整體結構，包括減速器、降落傘、下降級，以及可用繫繩將火星車降到火星表面的空中吊裝機動結構。減速器由一個背殼和隔熱罩組成，可以保護火星車免受進入火星大氣層時所經歷的高溫。下降級通過反推發動機減速，並將火星車安全送到地面。

　　3 「毅力」火星車結構

　　「毅力」火星車是1輛裝有科學儀器的6輪車輛，將從火星表面進行發現和採集樣品。「毅力」火星車是基於MSL的「好奇」火星車配置，與「好奇」火星車的尺寸大致相同，大小與1輛普通汽車相近：長3m，寬2.7m，高2.2m；質量1025kg，比「好奇」重126kg。

　　「毅力」火星車前面的大型機械臂與「好奇」不同，主要有以下4點：

　　（1）「毅力」火星車將收集岩芯樣品，並將其保存起來，以備未來帶至地球研究。「好奇」利用自身的機載實驗平台對現場收集的樣品進行研究。

　　（2）「毅力」火星車有1個更大的「手」，或稱鑽塔（turret），在機械臂的末端。這個鑽塔有取心鑽頭和2台科學儀器，外加1台用於近距離表面檢查的彩色相機，可「自拍」用於工程健康檢查。

　　（3）在「毅力」火星車車體內部有1個內部工作空間，專門用於在樣品緩存系統內拾取、移動和放置鑽頭和樣品管。除了「好奇」上使用的電動機之外，還需要新的電動機來驅動「毅力」火星車上這些特有的運動。「毅力」火星車的電機控制器電子設備在「好奇」的設計基礎上進行了修改，以適應這些電動機。

　　（4）「毅力」火星車的工作方式將與「好奇」截然不同。「毅力」火星車將收集20個密封的火星岩石和土壤樣品。這些樣品將被放在火星上的緩存站點中。團隊開發了驅動「毅力」火星車的新軟體，該軟體將在整個任務期間進行改進並進行更新。除了管理新的採樣操作外，「毅力」火星車還可以更有效地管理所有日常活動，以安排好現場科學測量。為了做到這一點，「毅力」火星車的駕駛軟體（移動的「大腦」）進行了升級，比「好奇」具有更大的獨立性，可以覆蓋更多的地表活動，而不需要頻繁地詢問地球上的控制人員。此外，工程師們還在其中增加了一個「簡單計劃器」程序。這將被更有效和自主地使用電力和火星車上的其他資源，允許「毅力」改變一些活動的時間，從而充分填補日常工作時間表中的空缺。

　　4 「毅力」火星車上攜帶的探測設備

　　「毅力」火星車將攜帶7台儀器在火星上進行前所未有的科學和新技術試驗。

　　（1）桅杆變焦相機（Mastcam-Z）系統，具有全景和立體成像功能，並具有變焦功能。該儀器還將鑒定火星表面的礦物學機理，並協助火星車工作。

　　（2）SuperCam超級相機，可以提供遠距離成像、化學成分分析和礦物學機理分析。該儀器還得到了法國國家空間研究中心（CNES）天體物理與計劃學研究所（IRAP）的重大貢獻。

　　（3）X射線岩石化學行星儀器（PIXL），是X射線熒光光譜儀和高解析度成像儀，用於繪製火星表面材料的精細元素組成圖。PIXL將提供比以往更詳細的化學元素檢測和分析能力。

　　（4）利用拉曼及發光原理探測宜居環境中有機物與化學物質（SHERLOC）光譜儀，包括1台高解析度彩色相機，用於對火星表面進行顯微成像，提供精細影像，並使用紫外線激光將礦物學和有機化合物繪製成圖。SHERLOC將是第1台飛往火星表面的紫外拉曼光譜儀，並與有效載荷中的其他儀器提供補充性的測量。

　　（5）火星氧氣就地資源利用實驗（MOXIE）模塊，將進行從火星大氣中的CO2生產O2的技術驗證。如果成功，MOXIE技術可以生產O2，作為未來航天員往返火星與地球之間的火箭燃料燃燒的氧化劑。

　　（6）火星環境動態分析儀（MEDA），是一整套測量溫度、風速和風向、壓力、相對濕度以及塵埃大小和形狀的感測器。

　　（7）火星地下實驗雷達成像儀（RIMFAX），這是一種探地雷達，將提供厘米級的地下地質結構解析度。

　　5 「火星直升機」技術演示

　　（1）任務性質

　　JPL的工程師們研發了1款小型自主飛行直升機，將搭載於「毅力」火星車腹部，可「偵察」未來火星車任務的蹤跡。主要任務是測試火星上第1次氣動動力飛行技術，在30天內完成多次飛行。這將是人類第1架設計用於在火星稀薄的空氣中飛行的直升機。

　　JPL負責管理「毅力」火星車和「火星直升機」任務，美國洛馬公司的航天事業部負責提供「火星直升機」發射系統。2019年1月，「火星直升機」飛行模型在模擬的火星環境中運行。隨後，直升機被送至洛馬公司航天事業部進行與「火星直升機」發射系統的兼容性測試。

　　設計「火星直升機」並不是為了支持Mars 2020任務，而是1項完全獨立的科學任務。在火星表面著陸后的幾個月里，「火星直升機」將被放置在地面上進行測試，根據其性能表現考慮將小型直升機用於未來的火星任務。「火星直升機」可以作為機器人偵察員，從上方測量地形，或攜帶有效載荷進行完全獨立的科研飛行，併發揮任務輔助作用。升至空中后，或將為科學家對觀察火星地質提供新的視角，甚至可以窺探到那些因為太陡峭或太滑而火星車無法到達的地區。在更遠期的未來，「火星直升機」可幫助航天員探索火星。

　　（2）工作目標

　　一是在火星稀薄的大氣層中證明有動力的氣動飛行可行性。火星重力加速度較低，約為地球的1/3，但其大氣層的厚度只有地球的1%，這使得產生氣動升力難度較大。

　　二是展示微型飛行技術。這需要縮小機載電腦、電子設備和其他部件的尺寸，以便直升機足夠輕，可以起飛。

　　三是自主工作。直升機將使用太陽能為電池充電，並依靠內部加熱器在寒冷的火星夜晚保持工作溫度。在接收到通過「毅力」火星車中繼的來自地球的指令后，「火星直升機」每次試飛都是在沒有任務控制人員實時控制的情況下進行的。

　　Mars 2020任務的

　　深空通信

　　NASA JPL負責管理支持美國深空探測任務的DSN。DSN為NASA的所有星際探測器提供無線電通信，還用於射電天文學和太陽系的雷達觀測。Mars 2020任務同樣也使用DSN。DSN是一個全球分佈的天線網路，由地球表面3個相隔約120°的深空通信地面站組成，分別位於美國加利福尼亞州莫哈韋沙漠的戈德斯通、西班牙馬德里附近和澳大利亞堪培拉附近。該部署建站方式可在地球自轉情況下，與遠在深空的星際探測器持續通信。與之前的火星著陸器和火星車一樣，Mars 2020任務依賴於繞火星軌道運行的航天器，也即火星軌道器，將數據從火星地面上的火星車中繼轉發到DSN的地面天線上。

　　DSN Now平台顯示了由DSN地面站提供的實時數據，每5s更新1次。如果1個或多個地面站（共3個）的所有天線都未顯示在運轉，則可能是在全球停機維護，或者現在DSN Now平台的數據通道出現臨時故障。

　　美國DSN的大型天線提供與火星探測器和太陽系其他天體的雙向通信。其中包括位於加利福尼亞州戈德斯通的DSN設施的波束波導天線，被稱為「波束波導簇」。每個天線的直徑為34m。這些天線是第1批採用波束波導設計的DSN工作天線，這種設計將天氣敏感型電子設備放置在地下基座內，而不使用安裝在中央的反饋錐體結構。地下基座的使用使維修、維護和升級相對更容易。這些天線可以滿足各種深空任務的通信需求。此外，這些天線可以與34m長的高效率天線排列在一起，以提供與70m天線同等的通信性能。