工程設計，原來如此！

推薦
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──《柯克斯書評》

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進入工程師的腦袋吧！
2012年8月6日，凌晨1：30，時間很晚了，遠超過我們大多數人上床睡覺的時間，然而卻有上千人聚集在美國紐約時代廣場，只為了觀看美國航空暨太空總署的實況轉播。這齣星際戲碼正在五層樓高的大型螢幕上演，主角不是外星小綠人，而是一輛汽車般大小的銀色探測車，叫做「好奇號」。

好奇號在太空中航行了八個月，終於來到最關鍵的七分鐘─降落在火星表面所需的七分鐘。探測車順利登陸那一刻，原本緊張不安的氣氛轉為歡聲雷動。這場歷史性的登陸只有短短幾分鐘，但實現這件事的技術，好多年前就在工程師的腦海裡成形了。

工程師都做些什麼？
工程師負責解決問題，運用數學、科學、科技等技能，針對問題提出新穎的解決辦法，像是怎樣讓好奇號順利降落在火星表面。

工程師會改良現有的技術來解決問題，也許是把電池的電力設計得更持久，或是修建能承受大地震的橋梁。如果現有的技術沒辦法解決問題，工程師會發明新的技術，像是可為燒燙傷患者列印皮膚替代物的機器。不過，工程師不是只有設計電池、橋梁、印表機，還要包辦相關的機械、電子設備和軟體。不管問題是什麼，工程師都會想出創新、經濟又有效的解決方案。

航太工程
驚險七分鐘
你曾經坐車去旅行嗎？還記得過了多久，有人（沒錯，就是你）忍不住開始問「到了嗎」？下次如果你又困在車上，零食、飲料快沒了，電影也看得差不多了，不妨想想美國航空暨太空總署的飛行器「火星科學實驗室」。

它撐過了八個月漫長的航行，從美國佛羅里達州卡納維爾角發射，航行5億7,000萬公里抵達目的地：火星上的蓋爾隕石坑。很厲害吧！不過，到達紅色行星只是開始而已。

偉大的任務
撐過太空中漫長的航程之後，2012年8月，火星科學實驗室飛行器進入火星大氣層，接著立刻面臨更大的挑戰：讓寶貴的貨物安全降落在火星表面！裝在飛行器裡面的是「好奇號」，一輛不太大的探測車，卻擔負著極重大的任務──尋找蓋爾隕石坑周遭，現在或過去適合生物生存的證據。

展開探索之前，好奇號得先降落。它要來個超級大煞車，從時速每小時2萬1,243公里減到每小時2.7公里。你不妨想像成短時間內從超音速減速到走路的速度！美國航空暨太空總署的工程師把這段時間稱為「驚險七分鐘」。這七分鐘會決定好奇號的命運──墜落、燒毀或是降落、順利鑽研火星。

為了確保這最關鍵的七分鐘任務成功，這群航太工程師從大約十年之前就開始研究、解決一個問題：如何設計出讓好奇號安全降落在火星表面的登陸系統？

這些方案行不通
美國航空暨太空總署的工程師很快就開始列舉種種可能的解決方案，不過，也很快的一一否決。

他們考慮過利用氣囊登陸 。這種氣囊要非常強韌，足以保護裝載著好奇號的飛行器，因為飛行器會高速撞到火星表面，彈跳多次後才停下來。

這項技術用過很多次了，美國航空暨太空總署曾成功使用氣囊包裹裝載著探測車的登陸器，像是大小跟滑板差不多的「旅居者號」探測車、高爾夫球車大小的「精神號」和「機會號」探測車，都採用這種方式登陸。用來製作這些氣囊的「維克特綸」纖維，比製作防彈背心的材料要強韌將近兩倍。不過，這個氣囊方有個問題……出在好奇號本身。

好奇號裝置了一些科學儀器，包括相機、鑽頭、用來分析化學物質的質譜儀，還有能蒸發岩石的雷射。這些設備使得好奇號非常重，將近一公噸！也是美國航空暨太空總署發射到火星的探測車當中，有史以來最重的。登陸系統得支撐探測車極大的重量 ，但任何纖維，包括維克特綸，做出來的氣囊都不夠強韌，無法包裹著好奇號彈跳登陸。如果氣囊破掉，好奇號的任務還沒開始就必須宣告結束了。

氣囊行不通，那麼腳架如何呢？美國航空暨太空總署的「維京號」和「鳳凰號」登陸器就是利用腳架順利登陸火星。雖然簡單又有支撐力，但腳架容易傾斜，尤其登陸器裝載的是好奇號這種大小的探測車，傾斜風險更高。而且如果降落在斜坡上，整個登陸器就會傾倒而倒栽蔥，像隻背部著地的甲蟲，孤單又無助。

就算飛行器安全抵達了火星表面，要放下坡道、讓探測車沿著坡道行駛出來也不容易，因為地形會是一大考驗。想想看，要是陡峭的斜坡或是位置不對的石頭妨礙坡道展開，怎麼辦？旅居者號登陸時，飛行器的氣囊就阻礙了一條坡道。火星科學實驗室的工程師很清楚，降落在火星上卻沒有讓好奇號「觸地」，會是極昂貴的烏龍錯誤，尷尬得不得了！