计划中的“火星约会”，何以酿成一场惨剧？一个在路上失联

1998年，NASA启动了火星探测98计划，将“火星气候探测者”和“火星极地着陆者”两艘飞船发射升空。

科学家们赋予这艘飞船的任务是研究火星的气候与天气。

火星拥有大气层，但大气层中的主要成分为二氧化碳，温室效应较强。在火星上，由于气压和重力较低，尘埃容易被卷入空中。而火星表面在春夏季时较快的增温又容易形成强烈的风，裹挟尘埃形成尘暴。同时，还有尘卷风、幡状云等天气现象。

火星气候探测者飞船，通过它上面搭载的红外辐射计和可见光-紫外线成像设备，来监测火星大气层中每天的天气变化，记录天气现象给火星表面带来的影响，并完成其他与火星气候与天气有关的探测任务。

除了进行科学探测外，它还是一名“传令兵”。

当“火星气候探测者”和它的兄弟飞船“火星极地着陆者”在火星上“见面”后，它将通过自身的天线来为“火星极地着陆者”做通信中转，让这艘在火星登陆的飞船能够与地面控制系统通讯。

1999年9月8日，在经历了半年多的飞行之后，“火星气候探测者”已经接近火星，准备降低轨道高度到226公里，以进入正常工作的状态。

然而，在此次轨道高度调整一周后，控制人员发现其实际轨道高度仅有150-170公里，并且在不断下降中。

1999年9月23日，火星探测者飞船在环绕火星的轨道上与地球上的控制人员失去联络，从此再无音信。

据事后的调查推断，此时飞船的轨道高度可能仅有50公里。在火星大气与飞船的相互作用下，飞船解体坠毁。

而葬送飞船的，竟然是一个低级错误：弄错了单位。

飞船的控制软件以“磅力”为单位计算推力，而预测飞船轨道的模型以“牛顿”为单位。（1磅力约等于4.45牛顿）

假设飞船的发动机以1磅力的推力工作了1秒时，轨道预测模型会误以为飞船是以1牛顿的推力工作了1秒。如果轨道预测模型认为飞船的推力刚好合适时，飞船发动机实际产生的推力将会是合理值的4.5倍。飞船在降低轨道高度时，发动机推力的作用相当于汽车的刹车。刹车踩多了，速度降低得过多，才酿成了飞船失控坠毁的惨剧。

令人更感到遗憾的是，“火星极地着陆者”在火星着陆过程中也因为故障而失事，两艘飞船“火星约会”的愿景变成了各自的惆怅。

从国内去美国工作、生活的读者可能会有这样的体验：如果要在美国正常生活，要重新适应那边的度量方法。长度单位要用英里、英尺，重量单位要用磅、盎司，体积单位要用品拖、加仑等。

在需要精确测量的工业时代，英制单位仍然是一种不好用的计量单位。

在美国还是英国殖民地的时期，英国将英制单位带到了北美大陆。英制单位大都来源于实际生产生活中的直观定义。

这种随心所欲的单位定义法显然十分不精确，因此后来英国政府进行了规范度量的工作。1824年，英国的重量与长度法案对英制单位首次做了规范定义。

从19世纪开始，法国人定义了一套以自然现象为基准、以十进制为基本进制的单位系统。例如，用经过巴黎的子午线长度的千万分之一确定了“米”，用十进制转换出了“分米”、“厘米”等更小的单位。

后来，这套单位制在经过不断规范后，形成了国际单位制。在国际单位制中，定义了7个基本物理量，其它物理量则由这7个物理量导出。

世界各国因为国际单位制的在科技和工业领域的优势而纷纷转向国际单位制时，美国依然高举之前的英制单位大旗孤独行走，还在英国定义的基础上推陈出新，自成一派。

1992年，在英国放弃英制单位，全面使用国际单位制27年后，美国终于颁布了一份有强制力的法令推行国际单位。但法令仅要求政府部门使用国际单位制，对于私营企业和社会活动中的单位制并没有做明确的规定，造成美国目前两种单位制混跑的局面：在政府部门文件和科学技术活动中，多用国际单位制；而与日常生活相关的领域，则多用之前的美制单位。

在火星探测者飞船的悲剧中，轨道模型来自于属于政府部门的NASA，而飞行控制软件来自于私营承包商洛克希德·马丁公司。

洛克希德·马丁公司的码农们没有按照飞船工程的接口规范设计软件，而是习惯性得直接使用了美制单位，造成了飞船坠毁的悲剧。

（作者单位：中国科学院国家空间科学中心）

来源：中国科普网

编辑：Aprilis

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