簡介
火星是太陽系中唯一勉強與地球相似的行星，也是除地球外唯一有可能進化出生命的行星（另外可能孕育生命的星球還有冰凍的木衛二，但它只是木星的一顆衛星，並不是行星）
火星探測車火星也是唯一可能被地球化而成為類似於地球的行星。
正是因為以上各種原因，人類已經向火星發射了30餘艘不同的探測飛船。NASA（美國國家航空和航天局）的火星探測車“勇氣號”和“機遇號”是火星比較近的兩個造訪者。2011年11月26日23時2分，“好奇”號火星車發射升空，隨後順利進入飛往火星的軌道，發射取得圓滿成功。
為何不將人送上火星
最近的火星探測任務包括一對機器人探測車，稱為火星探測車（MER）。為什麼要把機器人送上火星而不是像探月那樣直接把人送上去？
火星表面上的火星探測器其次是成本。後文中我們會知道，目前將一公斤重的機器人送上火星需要花費約五十萬美元的設計和發射費用，而機器人不需要考慮複雜的生命保障系統，也不用擔心返回的問題——這將為飛行任務節省很大的重量。另外，機器人不需要在火星表面軟著陸。而要將一個小組的人員送上火星需要至少45,000公斤重的飛船、裝備、食物和水（例如，每一個人將需要408公斤以上的脫水食品）。按照每公斤五十萬美元計算，則總共花費1,000億美元。而實際上，載人探測任務的單位重量成本很可能要高於機器人任務，因為需要為乘員保留相當大的安全裕度。
勇氣號火星探測車綜合以上原因，人類近期還不會將人送上火星。但是我們仍然可以用機器人來代替作業。火星探測車（MER）機器人就是這種思路的體現。
實際上，保證探測車在到達火星以後仍然可以工作是火星探測任務中最棘手的一環。構想在沒有任何減速措施的情況下，嘗試將一台複雜的機器人從10層樓扔下卻又要使它保持完好無損（或者換成一台普通的DVD播放機）。這比起將探測車送上另外一顆行星上來說簡直是不值一提。
火星車的性能
20世紀70年代，NASA發射了一對“維京號”火星登入器，當時所有的星際機器人都具有三個基本組成部分：
能夠產生執行任務所需的能量
能使用感測器收集信息。
能將收集的信息傳回地球。
維京號”火星登入器擁有可以伸出機械手來鏟土，但是它們不能移動。
NASA首次實現移動的突破是在1997年火星探路者任務中。那是一台小型的探測車（僅重11公斤），能夠離開探路者探測器運行5米並查看周圍的岩石。
兩代火星探測車以下是探測車的功能：
探測車能夠利用自身的太陽能電池板發電並將其儲存到電池中。
利用裝在桅桿上的一對高解析度照相機，探測車可以拍攝立體的彩色地形照片。
探測車上裝有獨立的熱輻射光譜儀，該光譜儀利用桅桿作為潛望鏡以獲得熱學數據。
科學家選擇地表上的一點，探測車就可以移動過去。探測車是獨立運行（自動駕駛）的，因為無線電信號在地球和火星間傳播的時滯太長，不適合使用遙控操作。探測車的前部、後部和桅桿上的三對黑白攝像機能使探測車看清楚周圍的狀況並實現導航以避開障礙物。探測車有6個輪子，每個輪子配有一台發動機驅動探測車移動。
探測車的小機械臂上裝有一台鑽孔機，探測車可以用它在岩石上鑽孔。這種鑽孔機的官方名稱叫岩石打磨工具（RAT）。
正在使用岩石打磨工具的探測車探測車還有一台質譜儀，能夠探測到岩石中含鐵礦石的成分。質譜儀也安裝在同一個機械臂上。
另外，機械臂上還裝有阿爾法粒子和X射線分光計，用於偵測土壤和岩石放射的阿爾法粒子和X射線。根據岩石的這些性質能幫助確定它的成分。
探測車上三個不同的部位都裝有磁鐵。含鐵砂粒會粘到磁鐵上，這樣科學家們就可以分別使用相機和分光計對它們進行觀察和分析。
探測車上有三架不同的無線電天線，可以選擇任意一個將所得數據傳回地球
火星探測車的規格
要裝下所有這些儀器設備、馬達系統和發電器件要求探測車的尺寸很大——約有一台小型乘式割草機那么大。以下是相關數據
探路者任務使用的旅居者號火星車的複製品2.3米寬
1.6米長
174公斤重
最大速度：可能是30米/小時，每天最多行進100米。
全景照相機：
Pancam是一種多光譜的立體全景成像系統，包括兩架置於桅桿上的數位照相機（位於火星地表上方1.5米處）。Pancam系統可以利用桅桿實現360度全方位和在正負90度的俯仰角下進行拍照。每個Pancam照相機使用一個有效成像面積為1024×1024的CCD監測器陣列。Pancam照相機有……一個16×16的視野。 造價：一共大約是8.2億美元（兩輛探測車）
用於設計/開發環節的6.45億美元+用於Delta運載火箭及發射的1.00億美元+用於探測操作的0.75億美元
火星探測車內部
探測車的車身是一個叫做電子恆溫箱（WEB）的封閉箱體。這個箱子的作用非常關鍵，因為火星表面溫度在夜間會降低到零下100攝氏度。如果不採取任何保暖措施使溫度維持在零度以上，則電池和很多電子原件都會停止工作。
探測車的計算機中樞
鋰電池
無線電及其放大裝置
控制各種分光計等儀器的電子設備
基本上，所有無法抵禦零下100度低溫的器件都被置於恆溫箱中。
恆溫箱通過三種不同機制實現保溫：
工作狀態下的各電子模組本身可以產生熱量。以計算機為例，它的功率為7瓦，所以產生的熱量與一盞7瓦電燈泡相當。
計算機可以打開多個功率為1瓦的小型電阻加熱器來提升溫度。
八個放射球（二氧化鈽）中的鈽原子發生衰變時能產生熱量。這些球非常小——只有豌豆大小。小球被防輻射合金包裹著，裝在碳纖維盒子中。一旦運載火箭Delta中途炸毀，或者飛船重新返回了大氣層，這些盒子能夠保證小球不發生核泄漏。
探測車的組件探測車使用的是一台BAE systems公司生產的RAD6000型計算機。其處理器與早期Macintosh計算機使用的老式PowerPC處理器在結構上幾乎是完全相同的。從今天的標準來看，這種處理器的速度很慢，只有20兆赫，大約是今天普通台式計算機速度的百分之一。它有128KB的RAM記憶體，256KB的快閃記憶體，以及用於存儲啟動代碼和作業系統的ROM。該機沒有磁碟驅動器。
雖然這種計算機速度很慢而且非常昂貴（每台20到30萬美元），但是它們有兩大優點：
耐輻射，能夠抵禦火星上的太空輻射。
採用Wind River Systems公司的VxWorks（PDF）實時作業系統，這是一個非常可靠的系統。
這種計算機使探測車的可靠性遠遠高於普通的台式計算機。這樣做的原因是要保證探測車不會出現任何數據丟失或錯誤的現象。
計算機幫助探測車進行能源管理、圖像處理、發動機控制和儀器設備管理。另外還負責導航任務。探測車有3對共6台導航攝像機，每組攝像機得到的立體圖像都要交由計算機處理。利用雙目視覺算法，計算機能夠辨認出視野中不同岩石的大小以及距離。利用這些信息，計算機可以繪製出包含附近所有障礙物的地圖，並操縱探測車在移動時避開障礙物。
能源
探測車上裝有1.3平方米的高效率太陽能電池板來提供電能。探測車首次展開時，電池板很乾淨。由於季節的原因，正午時分的太陽輻射非常強烈——以火星上的標準來說。電池板的高峰發電功率大約是140瓦特，也就是每天發電約0.9千瓦時（用這些電能可以維持一盞100瓦的照明燈泡工作9個小時）。換言之，每個火星日當中只有6個小時的太陽光的強度足夠支持太陽能電池板工作。
太陽能電池板將產生的電能提供給耗電器件（計算機、發動機、岩石打磨工具以及無線電裝置等等）。剩餘的電能被儲存進兩塊28伏、10安培小時的鋰電池中。
顯示了探測車的後著陸板和火星視野機器人探索火星
讓我們構想地球上的科學家選中了一塊岩石，並命令探測車移動到足夠近的位置使機械臂夠得著目標。對於接下來發生的事，這篇Cornell News文章（2003年12月19日）進行了描述：
由於暴露於太陽、火星大氣以及細微的火星塵埃下長達數十億年，火星岩石上都覆蓋了一層風化“外衣”，或稱外表層。對此，“勇氣號”和“機遇號”探測車攜帶的科學工具包中包括了岩石打磨工具（RAT）。岩石打磨工具使用一個帶有金剛石鑽頭的自動磨削工具將岩石的風化外層磨掉，露出嶄新的表面。
接觸到岩石內部的原始部分對於解決以下兩個問題是至關重要的：一是了解火星的地質歷史；二是解決巴特利所宣稱的“重大問題”，即這顆紅色行星上是否曾經存在過水或者適合生命生存的環境？
岩石打磨工具位於探測車機械臂的前端（或稱“手部”），同在那裡的還有其他分析岩石的科學儀器、一台顯微照相機、Mössbauer質譜儀和阿爾法粒子及X射線分光計。機械臂和人的上肢一樣也具有肩關節、肘關節和腕關節，所以非常靈敏。工作時，岩石打磨工具被機械臂壓在岩石的表面。
僅需兩個小時，岩石打磨工具的磨削輪就可以從堅硬的岩石表面磨出一個直徑和厚度均為兩個5分鎳幣的圓孔。然後用兩把刷子將孔中的岩屑掃乾淨，露出新鮮的表面以便近距離觀察。
之後，照相機和分光計接手工作，透過磨削孔對岩石內部進行仔細的分析。為了讓科學家了解岩石可能經歷的風化過程，探測車還會紀錄岩石打磨工具磨削岩石表層的時候三個馬達的溫度和實時數據。
火星探測車通信
探測車收集到的數據還需要傳回地球。所謂的數據包括照片、光譜信息和系統狀態信息等等。另外，地面上的科學家和工程師們也需要向探測車傳送指令和軟體升級等數據。探測車有三種不同的無線電來負責通信。
第一種是低能耗、低速的UHF無線電。這種通訊的連線方式使用低增益、全方向的天線。該天線不需要任何定向，能以較低的數據率把數據傳回地球或傳給人造衛星。這是一種“萬不得已”時的通訊方式。
第二種是高速UHF無線電，負責和兩顆已運行在火星軌道的衛星進行通訊——“火星奧德賽”和“火星全球勘測者”衛星。當一顆衛星出現在探測車上空時，探測車會把數據快速注入衛星，持續的時間大概為8分鐘（每次衛星通過時）。探測車能以每秒128Kbit的速度傳送數據，使用的無線電功率為15瓦。接著，當地球出現在衛星視野中時，衛星利用2.5米長的天線和100瓦功率的無線電設備再將數據傳回地球。這就是大部分照片數據返回地球的方式。每天通過這些通道傳回地球的數據可達10MB。
火星表面上的“勇氣號”的俯視圖火星探測車一天的工作
通常在一天當中，每台探測車會向地球傳送照片、儀器數據和狀態數據。科學家根據當天及前一天的數據來做出相應的決策。然後科學家藉助高增益天線，透過3個小時的直接通訊視窗，將指令傳送給探測車。在接下來的20個小時內，探測車自行工作，包括執行指令並將數據傳給上空的兩顆衛星。探測車的指令可能是命令它前往一塊新的岩石、磨削岩石、分析岩石、拍攝照片或者使用其他儀器蒐集數據。
探測車正在工作