“史上最贵”火星车好奇号迎登陆四周年 谁是为它保驾护航的“幕后功臣”

“好奇号”火星车即将在8月6日迎来登陆火星的四周年纪念，中国也在最近宣布了火星探测计划，作为火星探测的先驱，“好奇号”中应用的先进技术值得借鉴。

图示（“好奇号”模拟图）

2013年，中国发射嫦娥3号探测器，探测器携带“玉兔号”月球车升空。同年12月14日，“玉兔号”在月球彩虹湾实现软着陆。这是自1976年苏联发射"月球-24"以来首个在月球上实现软着陆的人造物体。

不过，这只月球上的“玉兔”已经在今年的8月1日和我们说再见了。中国国防科工局消息显示，“玉兔号”在停止工作前已经对月球表面进行了为期31个月的研究，超过估计工作时间19个月。“玉兔“工作期间完成了大量复杂的任务，包括首次拍摄月球地质层图片。

“玉兔”或许将在很长一段时间，躲在月球某个不为人知的角落眺望着回不去的故乡——地球，独自品尝月球上的冷暖。

但是，和“玉兔”一样，在更加遥远的火星上，也有一位孤独前行的“勇士”，已经超期服役近两年时间，它就是“好奇号”火星探测器；即将到来的8月6日，是“好奇号”登陆火星四周年的日子。

四年来，“好奇号”的旅途孤独而又惊险，不仅要面对完全不同于地球上的恶劣物理环境，还要在荒无人烟的星球上不断地采集、拍摄。但是，这并未阻止人类对太空探测的步伐，从绕月、登月再到登陆火星，人类也将太空探测的方向瞄准“深空”。今年7月底，中国也宣布了“十三五”期间考虑启动火星探测任务。

不论是“好奇号”还是“玉兔号”，它们都是外太空探测的先驱与孤独的旅行者，在“好奇号”四周年之际，让我们重新回顾它所走过的道路，同时缅怀那只远去的“兔子”。

“好奇号”迎来火星登陆四周年

“好奇号”是美国国家航空航天局（NASA）研制的一台探测火星任务的火星车，于2011年11月发射，2012年8月成功登陆火星表面。“好奇号”也是世界上第一辆采用核动力驱动的火星车，其使命是探寻火星上的生命元素。

广袤的宇宙令人产生无限的遐想，“宇宙究竟是什么样？”“到底有没有外星人的存在？”这些问题始终令科学家和太空爱好者们心驰神往。由于火星是太阳系中与地球状态最类似的星球，不仅都有移动的沙丘、大风扬起的沙尘暴，南北两极都有白色的冰冠，还有几乎相同的自转周期，这些都令科学家和爱好者们对火星偏爱有加。

这不，热情的网友甚至从好奇号传回的照片中发现了“火星人”及“大型啮齿动物”的踪迹。

一位YouTube用户认为，上图显示“好奇号”捕捉到了小外星人的图片。据说，外星人正站在火星上的一块岩石后，在角落里东张西望。

照片的中下部，该用户称发现了某些奇怪之处。“火星车捕捉到的有趣奇异生物，就像一个小火星人。”该用户声称，不论原始图片中的一切看起来多么像人，总让他想起阿塔卡马沙漠外星人。并且，从“体型”上看，这个外星人可能是火星上的女性。

上面这幅由“好奇号”拍摄的照片也曾受到热议，一位网友发现该照片中出现了一只巨型“老鼠”，并在2015年11月12日将制作的一段影片上传到了YouTube。更有人估计这只巨型“老鼠”体长有3米左右。

不过，对于这只巨型“老鼠”，也存在不同看法，有人认为这仅是一块火星岩石而已。当然，NASA至今未对此事作出任何评论。

事实上，“好奇号”除了传回大量照片以外，更重要的任务在于地质探测，在其最新的采集的样本中发现了高浓度的锰，且超过1/4以锰氧化物的形式存在。这些化学成分意味着火星远比我们想象中更像地球，火星大气层中曾含有足可维持生命生存的高浓度氧，火星上也曾存在液态水。

PLM软件帮助“好奇号”跨越“惊险七分钟”

火星探测已经不能用“困难”一词来形容，甚至比可以想象到的困难还要难上百倍；其中的风险也是不言而喻的。

例如，1960年10月10日，前苏联的火星探测器，Marsnik 1号首次发射，由于动力不足，未能冲破地球大气层，4天后发射的Marsnik 2号重蹈覆辙，依然未能冲破地球轨道大气层。

可以说，“好奇号”成功是建立在人类屡次探索太空的经验总结上的，但是还有一位“幕后功臣”在默默的发挥作用。

（“好奇号”组成结构的仿真示意图）

2012 年8月5日，当重达900公斤、接近小型轿车大小的“好奇号”探测车穿梭到火星大气中时，它还在以2.1万公里/小时的高速向前飞行。那时它必须在七分钟内减速到2公里/小时以下的着陆速度，如若不然，这一造价25亿美元的史上最昂的探测车将与火星相撞，毁于一旦。科学家们因此也将“好奇号”穿越火星大气层的时间称为“惊险七分钟”。

另外，为使探测车能平稳着陆，防止为寻找生命化学成分而设计的装备受损，探测车必须分毫不差地执行数百个步骤的复杂操作，并且整个过程没有人工干预；事实上，“好奇号”登陆的难度不止于此，火星大气的密度仅相当于地球的1/100，这就意味着，好奇号的所有登陆过程不可能在地球上完成测试。

为了完成突破火星上的特殊物理环境，对“好奇号”的下降及着陆过程进行模拟，NASA通过应用西门子PLM软件，在计算机上模拟“好奇号”从发射到登陆火星的每一个阶段的特殊物理环境及探测器运行状况，一旦某一个阶段出现问题，PLM软件都可以使设计开发者在虚拟状态下对“好奇号”进行调试，以达到最理想的运行状态。

（用吊索将探测车降落到火星表面是特别精细的任务）

“从模拟走向实际部署，这种能力具有相当重要的意义。”当Daren Rhoades谈到“好奇号”登陆火星这一航天创举时，依然显得非常激动。Rhoades是西门子PLM软件加利福尼亚州Cypress研发中心的一名产品开发高级经理，曾经参与了NASA的“好奇号”航天任务研发小组的任务。

“在我参与的一些子系统的研发过程中，通过利用模拟技术，一切都可以在虚拟世界中完成，从概念设计到详细的部件设计，从组装到测试，全都可以模拟。” Rhoades说道，即使对于NASA称之为“惊险7分钟”的”好奇号“着陆顺序，这个性命攸关的安排就是经过8000次模拟之后得出的最佳方案。

（“好奇号”与“空中吊车”）

为了使“好奇号”安全度过“惊险七分钟”，研究人员还专门设计了“空中吊车”，这一系统可以在探测车降落的最后阶段减慢速度，从而缓缓地降落到火星表面。不过为了保证“空中吊车”火箭引擎的火苗在扩散情况下不会烫坏探测车或用于固定探测车的套具，西门子的PLM软件又一次起到了重要的模拟作用。

那么，问题来了，NASA在“好奇号”项目中应用西门子PLM软件之后，效率究竟提高了多少呢？对此，Rhoades 表示，由于“好奇号”不同于在地球上使用的产品，是独一无二的，因此无法量化效率提升的幅度。“不过可以确定的是，‘好奇号’航天任务为从概念设计到生产和测试的全方位集成树立了新标准。”

航天机构是非常看重虚拟化模型设计和协作开发所带来的竞争优势的用户，目前全球前20强的航天航空公司中已经有19家公司应用了西门子PLM软件的事实足以说明其重要性。

仿真模拟让生产更有效率

虽然很难将西门子PLM软件给“好奇号”带来的效率提升进行量化，但是，西门子PLM软 件可以帮助客户削减成本，提升效率已经是既成的事实，并且已经取得了骄人的成绩。并且，西门子PLM软件还可以更广泛地应用于数控机床、机器人、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备等中国制造2025主推的重点行业中。

举例而言，三星电子公司在工厂中引进PLM技术后，其实物模型的数量减少了30%，从而使首批试产的错误率降低50%，研发速度提高30%。

济南二机床集团有限公司（济南二机床）原本只是一家小小的兵工厂，但是目前已经成长为世界前三的汽车冲压设备制造商。济南二机床的成功并非一蹴而就，其中西门子扮演了不可或缺的角色。

特别是济南二机床从2010 年起开始使用西门子 PLM 软件，由此迈出了数字的坚实一步。相比济南二机床原先的二维设计软件，西门子专门针对机械行业开发的三维设计软件 Solid Edge 更直观、实用，设计效率也更高。而 Teamcenter 软件则用于产品生命周期的数据流管理。

为了保证汽车冲压设备的高效安全，测试环节必不可少，但是在过去，冲压设备的调试是“真枪实弹”的实景操练，一个微小的误差就可能导致设备损坏，给企业带来巨大的时间成本的物料成本。

不过现在，西门子冲压线仿真软件（PLS）帮助济南二机床搭建了一个“虚拟实验室”，在这个“实验室”内，一切冲压测试任务均可以轻松实现，同时还能够帮助优化冲压的节奏和送料设备的运动轨迹，提高整线效率。

正如济南二机床副总经理张世顺所说的，随着汽车工业更新换代加快，市场竞争日益激烈，汽车工厂对冲压线的精度、效率和柔性化的要求也在不断提高。要应对这些挑战，数字技术就显得尤为关键。

从中可以看出，济南二机床之所以能够满足不断变化的市场需求，很重要的原因在于对数字化制造理念的贯彻实施，而这与西门子所提供的数字化制造解决方案息息相关。

目前，西门子PLM软件产品包括Teamcenter、NX和Tecnomatix等。这些工业软件的应用帮助企业将数字化制造理念落实到了实际的生产过程中，以数字化的方式创建和验证完整的产品和生产运营过程，并帮助企业加速实现向数字化企业的转型。

当然，其中的价值也是不言而喻的，制造企业在向数字化企业转型的过程中实现了缩短产品投放市场时间和批量化生产的目标；同时，通过减少代价高昂的下游变更，还能实现节约成本的目标，企业生产的效率也将获得大幅提升。