“凤凰”号的着陆地点设在纬度同地球格陵兰或阿拉斯加州北部相当的广阔浅谷。与利用安全气囊反弹到降落地点的姊妹火星漫游者“勇气”号和“机遇”号不同，这颗着陆器是利用反冲火箭下降，能更加准确地降落在预定地点。这种推进降落方法也更适用于更加沉重的飞船降落，美国宇航局需要利用这种方法支持可能的人类火星探索。据称，“凤凰”号在火星表面着陆的成功率并不高。从历史上来看，55%尝试着在火星表面降落的努力都以失败而告终，而“凤凰”号利用的着陆方法已经有32年没有尝试过。
成功着陆后，重约772磅(约合350公斤)的“凤凰”号将在原地等候15分钟，待着陆掀起的尘埃物质落定，它将展开太阳能电池板，升起气象天线杆，将周围环境的第一批照片传回地面。在接下来的几个火星日，“凤凰”号将检查机载仪器，伸展机械臂铲起第一堆火星土壤样本。一个火星日约比地球上的一天长40分钟。在度过第10个火星日之前，“凤凰”号将进入“挖掘”阶段，每天有两小时用来挖土壤，这个阶段预计将占据此次任务的绝大部分时间。
“凤凰”号的设计寿命为90天，尽管科学家表示，“凤凰”号的使用寿命可能会延长一个月左右，在晚夏或初秋继续看到它的身影，不过它在火星上探测的时间绝对不会有“勇气”号和“机遇”号那么长。这是因为“凤凰”号上的太阳能电池板不能产生足够多的能量，令其安然度过火星冬天。阿韦德森说：“它的三只脚会深深嵌入地下，上面沾满干冰，太阳又会在地平线以下。”言下之意，“凤凰”号不能通过太阳能电池板获取大量能量。
按计划，“凤凰”号在飞行10个月之后到达火星，在火星北部平原开始其三个月的探测活动。如果任务取得圆满成功，这将是在“海盗”号探测任务之后时隔30年机器人首次在火星表面以下钻孔。着陆后，“凤凰”号将在其微型火炉中加热火星土壤样本，研究其化学构成。“凤凰”号火星任务首席科学家、亚利桑那大学的彼得·史密斯博士表示，“凤凰”号能够检测有机物的存在，不过它不能分辨出里面是否存在DNA或蛋白质。
“凤凰”号着陆地点之所以选择在北极点，是因为以前的探测器曾发现冰冻水潜伏于火星地表之下的证据。有科学家认为火星上一个宽30英里左右的浅滩可能是古代海洋遗留下来的。但是，“凤凰”号将会寻找已经存在10万年的液态水的证据，现如今，干涸的火星表面没有液态水，“凤凰”号的任务就是探测地下冰是否已经融化，创造了更为潮湿的环境。
科学家一般认为，融化的冰水以及有机物质和稳定热源是生命存在的三要素。为了避免“凤凰”号无意之中将地球有机物带到火星，技术人员在准备探测器发射时必须多加小心。“凤凰”号已经过干热处理和精确清洗，使其表面微生物数量降至最低。另外，作为防污染的举措之一，它的机械臂还被封存于特殊材料之中。 在开展探测任务之前，“凤凰”号火星车必须先要在弥漫着尘埃物质的火星表面成功着陆，火星向来以吞噬人造探测器著称。各国共向火星发射了15个探测器，但迄今只有5个着陆成功。
“凤凰”号的设计很独特，有三条腿支撑，机械臂长20英尺，由铝和钛两种材料制成，工作起来像一台反铲挖土机，一铲下去能在火星上挖出20英寸深的沟，接着旋转就能将土壤样本取出。尽管“凤凰”号缺乏探测火星过去或当前生命形式的工具，不过科学家仍然希望它能揭开火星北极圈是否含有适合微生物生存的迹象之谜。
造价只是孪生探测器的一半
“凤凰”号探测器是美宇航局“侦察”计划的第一个任务，即利用小型太空探测器研究火星的计划。“凤凰”号由美宇航局下属喷气推进实验室负责管理，造价4.2亿美元，几乎是造价8.2亿美元的“机遇”号和“勇气”号的一半，这两个孪生探测器于2003年发射，仍在火星上漫游。
“凤凰”号探测器的名称有着特殊含义，美宇航局希望它能在以前任务失败的基础上，完成凤凰涅槃般重生。“凤凰”号原计划作为“火星奥德赛”探测器于2001年一同飞向红色星球，不过因为担心发射日程安排过于紧密会适得其反，于是在1999年取消了发射计划，“火星奥德赛”探测器最后只身前往火星。
主要使命完成后变身气象站
人类对火星的探测并非一帆风顺。1998年发射的“火星气候探测器”因洛克希德-马丁公司和美宇航局在度量单位上出现错误，结果在靠近火星时被烧成灰烬。而美宇航局次年发射的“火星极地着陆器”在火星南极点着陆时，因火箭发动机提前关闭，从此下落不明。这两个探测器的残骸迄今尚未被发现。
“凤凰”号探测器由洛克希德·马丁公司制造，携带了类似于“火星极地着陆器”探测任务所搭载的一些科学仪器。据喷气推进实验室项目主管巴里·戈尔茨坦介绍，工程师们在过去四年对“凤凰”号进行了严格测试，“以将这套系统可能遭遇到的一切故障提前排除。”如果“凤凰”号能顺利完成其主要探测任务并幸存下来的话，随后它将变成一个气象站，用于收集有关火星大气层的数据。
“凤凰”号探测器是一个由3条腿支持的平台，平台直径1.5米，高约2.2米；其中心是一个多面体仪器舱，舱左右两侧各展开一面正八边形太阳能电池阵，跨度5.52米。与“火星极地着陆器”相比，“凤凰”号探测器的最大变化是提高了太阳能电池的性能。“凤凰”号探测器携带了7种科学探测仪器，美国宇航局工作人员把它们戏称为7种探索火星生命来源的“秘密武器”，它们分别是：
(1)机械臂(RA)
它是“凤凰”号探测器上最重要的设备，用来挖取火星表面及表面下层的土壤样品。它将挖得的样品送入着陆器搭载的“显微镜电化学与传导性分析仪”和“热与气体分析仪”中进行化验分析。
机械臂长2.35米，有4个自由度，末端装有锯齿形刀片和波纹状尖锥，能在坚硬的极区冻土表面，挖掘1米的深坑。机械臂还可为装在臂上的相机调整指向，引导测量热与电传导性的探测器插入土壤。
(2)显微镜电化学与传导性分析仪(MECA)
它是在“火星勘探者”计划中所使用的仪器基础上略加改进而成的，包括湿化学实验室、光学显微镜、原子力显微镜和热与电传导性探测器4台仪器，用以检测土壤的元素成分以及给土壤样品拍摄成像。
(3)热量和释出气体分析仪(TEGA)
它包括微分扫描热量计和质谱仪两部分，用以对土壤样品的吸热和散热过程进行观测记录，并对加热后释放出的挥发物进行分析。
(4)表面立体成像仪(SSI)
用以测绘高分辨率的地质图和机械臂作业区地图，进行多光谱分析和大气观测。它可拍摄着陆位置地形的高清晰度、彩色、立体图像。
(5)机械臂相机(RAC)
它安装在机械臂末端的挖掘铲上，用以拍摄机械臂采集的土壤样品的高分辨率图像，分析土壤颗粒的类型和大小。
(6)火星下降成像仪(MARDI)
用于在“凤凰”号下降过程中动态拍摄火星表面，勘察着陆点附近的地质情况。
(7)气象站(MS)
这是加拿大宇航局为“凤凰”号着陆器专门研制的新仪器。它由激光雷达和温度压力测量装置两部分组成，可以监测火星大气层的尘埃、温度等变化，记录火星北极每天的天气状况。
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