一年前,洞察号是如何成功着陆火星的?

2019-12-05 15:26 我要评论 来源: 科普中国
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  2018年11月26日,NASA的新一代火星着陆器洞察号顺利着陆火星。   
  
    洞察号的使命是探测火星的内部结构。如果说好奇号是迄今为止最伟大的火星地球化学家和地质学家的话,那么洞察号将会是火星第一位伟大的火星地球物理学家。   

  

  洞察号在火星上的工作示意图(图片来源:NASA)  

  洞察号是如何着陆的?  

  不同于月球,火星有微弱的大气层(不足地球的1%),这些大气层虽然可以帮助着陆器缓冲减速,却也会给着陆器带来致命危险。  

  着陆火星的探测器需要经历上千个步骤,但大体来说都有这么几个主要阶段:  

  着陆舱与巡航段分离进入大气层打开降落伞、扔掉隔热盾与降落伞分离缓冲着陆开始传回讯号、打开太阳能板(如果有的话)。  

  洞察号整体机身的设计很大程度上直接继承了之前的凤凰号着陆器,它的着陆过程也和凤凰号几乎一样。  

  

  (左)凤凰号的俯视图和正面图;(右)洞察号的俯视图和正面图。两片黑色的大伞是探测器的太阳能板。(图片来源:NASA)  

  隔热盾+降落伞+反冲火箭,非常old school(传统)的着陆方式了,已经用了50多年。当年好奇号用了空中吊车黑科技,主要是因为它实在太重了,有将近一吨,而只有不到400公斤的洞察号当然就用不着这么费劲了。  

  恐怖7分钟  

  说起来,NASA在着陆火星方面一直保持着遥遥领先的成功率,但直到今天,着陆火星依然是一件极其危险、生死难卜的事儿,即使是NASA也不敢掉以轻心。  

  从1960年人类第一次尝试发射火星探测器以来,到洞察号之前,一共有14次火星着陆任务成功进入了火星大气层,但只有7次任务成功着陆并顺利开展探测工作——成功率只有50%。  

  即使到了着陆技术已经相对成熟很多的近20年,也依然有NASA的火星极地着陆者号、深空2号,欧空局的小猎犬2号、斯基亚帕雷利号的遗憾失败。  

  

  洞察号到达之前的火星着陆版图(数据来源:MOLA,制图:haibaraemily)  

  具体到这次的洞察号。从进入火星大气层到着陆火星表面,洞察号的这一着陆过程大约会持续6分45秒(比花了7分12秒的好奇号要短一点点,除了着陆策略的差异之外,最主要的原因是好奇号的着陆点的地势比洞察号要低上近2000米)——这也是传说中的“恐怖7分钟”(7 Minutes of Terror),因为这一过程的上千个复杂操作都只能在预先设置好参数之后完全由探测器自主完成,甚至中间有几个阶段信号都会中断。成功或者失败,都只能等到探测器着陆之后传回了信号才会知道——远在地球上的人类除了等待之外,无能为力。  

  毕竟从探测器刚进入大气层之前传回的信号,最快也要8分多钟之后才能到达地球——那时候无论成败,都已经尘埃落定。  

  不过呢,洞察号之前的7次成功的任务全部都是NASA的,这也算是一种实力背书了。所以说,这次洞察号成功着陆虽然不令人意外(考虑到NASA的成功率),但还是让人提心吊胆。  

  

  洞察号顺利完成了预定的着陆计划(图片来源:汉化自)  

  

  现场工作人员的喜悦溢出屏幕(图片来源:NASA)  

  洞察号着陆在哪里?  

  经过长达四年的考察和探讨,洞察号最终选定了北半球埃律西昂平原西部这片平坦的赤道区域,距离好奇号的探测区也很近。  

  

  背景图是火星地形图,红区代表高处,蓝区代表低处(图片来源:NASA)  

  你好,洞察号!再见,瓦力和伊娃!  

  刚到火星,勤奋的洞察号就已经休整状态——用它的ICC相机拍摄了它人生中第一次张限量版照片。  

  而事实证明首次出场的瓦力和伊娃也非常给力——它们以近乎实时的速度(也就是只延迟了8分钟左右的信号传播时间)把这张照片传回了地球。  

  于是,地球上的我们仅仅在着陆后10分钟左右就看到了这张令人激动不已的照片!  

  

  洞察号拍摄的第一张火星照片 (图片来源:NASA-JPL-Caltech)  

  拍摄这张照片的时候,洞察号还没有拿掉相机的防尘罩,所以看着脏兮兮的也很不清晰,宛如新生儿刚刚睁开眼睛看到的模糊世界。  

  你好呀,洞察号!欢迎来到火星!  

  但这可是绝对的限量版!因为几天后防尘罩就会被摘掉,以后再传回的照片就会很清楚啦。  

  几个小时后,洞察号与在轨的火星奥德赛号轨道器成功取得联络。奥德赛号告诉我们,洞察号非常健康,已经顺利打开了太阳能板。  

  此外,洞察号IDC相机拍摄的第一张火星照片也传回了地球。相比之下也明显可以看出,IDC相机的视野比ICC相机窄得多。  

  

  IDC相机拍摄的火星以及洞察号机身的一部分(图片来源:NASA/JPL-Caltch)  

  243万个地球人的名字,顺利登上火星  

  和之前NASA的许多任务一样,洞察号也面向所有的地球人征集名字。这几乎算得上是NASA增加普通民众参与度和对深空探测亲切感的经典案例了。  

  最终,全世界有近243万人领到了这张“登机牌”,其中包括26万名中国人。  

  这些名字被存储在一个直径不足0.8厘米的芯片中,也随着这次洞察号的顺利着陆,成功来到了这片红色星球上。  

  

  存储了243万人名字的芯片 (图片来源:NASA-JPL Caltech)  

  洞察号的计划观测周期是2个地球年,也就是说,接下来它还会继续工作约1年时间。  

  【编辑:朱曦东】

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