“洞察号”造访火星 将对其进行45亿年来“首次体检”

此次洞察号的任务便与以往任何一个探测器都不同，它将通过“倾听”火星地震和测量它的热量输出来研究火星的内部结构。有研究人员认为，这是对火星45亿年来的第一次“体检”。

北京时间11月27日凌晨3点56分，美国宇航局（NASA）的火星探测器“洞察”号在火星成功着陆。“洞察”号于今年5月5日发射，其在最终登陆火星之前已经飞行了近7个月。

航天专家庞之浩告诉21世纪经济报道记者，人类至今已发射了40多个火星探测器，但成功率不足50%，所以火星也被称作是“探测器坟场”。而最主要的原因就是火星距离地球太遥远，这对轨道、控制、通信和电源等技术都提出了很高的要求。

然而，成功着陆的探测器都在火星上获得了回报。据知乎航天话题优秀回答者太空精酿介绍，水手9号发现了太阳系最高的奥林帕斯山和最长的水手峡谷；全球勘探者号发现了冰川、湖泊和水沟存在的痕迹；奥德赛号发现了广泛存在的地下水分；火星快车号发现了巨大的地底湖泊；好奇号发现了甲烷类有机物存在的直接证据。

一次次令人惊喜的发现，也让人类更迫切地想要进一步去了解这个星球。此次洞察号的任务便与以往任何一个探测器都不同，它将通过“倾听”火星地震和测量它的热量输出来研究火星的内部结构。有研究人员认为，这是对火星45亿年来的第一次“体检”。

“恐怖的”着陆7分钟

通常而言，火星探测任务分为发射、巡航、进入下降和着陆、表面操作等四个阶段。其中最难也是最关键的，便是第三个步骤。

庞之浩表示，探测器进入火星轨道的难度好比从巴黎打一个高尔夫球，要正好落到东京的某个球洞里。“这是由于通讯延时很长，所有数据都要提前注入。在探测器切入火星轨道过程中，如果切入点离火星过远，则不能被火星的引力捕获而掠过火星;如果切入点离火星太近，则可能坠毁于火星大气层。”

1999年9月23日，美国“火星气候轨道器”在即将进入预定轨道前烧毁，原因就是在轨道切入操作中，英制和公制单位的混淆造成导航误差，使其因离火星太近被烧毁。

而在切入火星轨道之后，在火星表面着陆的难度将更大。太空精酿表示，火星距离地球最近之时也在6000万公里级别，这意味着至少400秒的往返通讯延迟，而探测器在实际着陆时与地球的距离更远，时间也远大于400秒，因此，探测器的着陆过程必须全部自主完成。

探测器从进入火星大气层到最终着陆，只需要7分钟左右时间，而这也被称作是“恐怖7分钟”。之所以恐怖，是因为这个过程中涉及到的上千个复杂操作都只能通过预先设置，这意味着在探测器实际着落过程中，即便出现什么意外，人类也束手无策。

据庞之浩介绍，探测器在火星软着陆方式主要有三种，即气囊弹跳式、反推着陆腿式以及空中起重机式。这三种方式各有利弊，洞察号最终采取的是反推着陆腿式。

洞察号的整个降落过程约6.5分钟，大致可分为四个阶段：首先是超音速进入大气层阶段，洞察号在距离火星约125公里处，以5500米/秒的速度进入火星大气层；约3.5分钟后，洞察号进入伞降阶段，其在距离火星约11.1公里处打开降落伞、分离隔热盾、打开着陆架，此时的速度约为385米/秒，随后开启测距雷达，这个过程约2.5分钟。

然后是反冲阶段，洞察号与降落伞分离，速度已降到60米/秒，开启反冲火箭点火，这个过程不到一分钟；最后便是洞察号成功着陆。

洞察号着陆的地点其实也是经过长达四年的讨论再最终决定的。庞之浩表示，由于洞察号是研究火星内部的结构，因此需要选择“表皮”比较薄的地方；二是洞察号是原位式探测器，因此着陆点必须平坦；三是为了钻开火星地表浅层往下埋放探针，还要找个平坦松软的地方；四是着陆点要足够明亮和温暖，为探测器提供充分的太阳能。

综合以上因素，NASA最终选择了位于火星北半球赤道附近的埃律西昂平原西部，中心位置约北纬4.5度，东经136度。在这里，洞察号可以在没有障碍物的情况下部署太阳能电池板和仪器，同时还拥有足够的阳光为太阳能阵列充电。

洞察号的两大任务

成功着陆后，洞察号很快便开始了地面操作，首先，它需要部署两块太阳能电池板，整个过程需要约16分钟，这将保证洞察号的电力供应。

整个洞察号着陆器的重量约360千克，最大宽度约6米，有两块直径2.2米，能像纸扇一样展开的圆形太阳能电池板。NASA表示，当它们打开时，整个着陆器的大小与20世纪60年代的敞篷车相当。

据NASA介绍，洞察号在着陆后的一周以内，便将开始收集科学数据。据了解，洞察号此次带有两大科学任务：一是通过探测火星内部地震活动的规模、频率和地理分布以及陨石撞击火星表面的频率，来确定目前火星地质构造活动的级别以及陨石撞击火星的频率。

二是通过调查火星内部结构和活动过程，研究类地行星的形成和演化过程，包括确定火星内部的热状态、火星地幔的成分和结构、火星地壳的厚度和结构以及火星地核的尺寸、成分和物理状态（液体/固体）。

为此，洞察号携带了最先进的“内部结构地震实验仪器”（SEIS）和“热流和物理性质探测仪”（HP3）。实际上，洞察号也是一项国际合作项目，因为上述两个仪器分别由法国和德国提供。

而地震仪的核心是装在钛合金球形真空容器内的3个高精度宽频带地震传感器。它们非常灵敏，能测量不到1/4氢原子直径的地面运动，并精确掌握火震和其他火星内部活动。

此外，洞察号还携带了由美国研制的“旋转和内部结构实验天线”（RISE）。它将利用探测器通信系统对行星旋转进行精确测量，即通过火星与地球之间的无线电传输来评估火星绕轴自转产生的扰动,从而更好地了解火星内部，为研究火星内核大小提供线索。

庞之浩告诉记者，科学家将通过上述这些先进的仪器探测到火星的各种“生命迹象”，而这些“生命迹象”，既是火星亿万年的成长记录，也是揭开太阳系内类地行星演化之谜的钥匙。

实际上，与洞察号同时发射的还有两颗立方星，分别叫做MarCO-A和MarCO-B，它们的主要任务就是在洞察号着陆期间承担洞察号和地球之间的通讯中继工作，以第一时间向地球传回洞察号的着陆状况及洞察号着陆后拍摄的照片。

依靠这两颗只有手提箱大小的立方星，洞察号着陆后用ICC相机拍摄的首张照片，在其着陆10分钟后便传回了地球。而如果没有它们，洞察号的数据需要通过美国“火星勘测轨道器”进行中继传回地球，延迟将是1个多小时。

不过，这两颗立方星的目的仅是用于验证最新的深空探测实时通讯和新频段通讯技术，所以它们仅能执行飞掠任务而无法进入火星轨道，因此，随着洞察号的着陆，这两颗立方星也将在火星引力的作用下，被甩向宇宙深处。

另外有意思的是，洞察号登陆火星的同时，还携带了两个带有公众名字的微型芯片。这是NASA为了激发公众对火星探测的兴趣，而发起的一个活动。截至去年11月1日，全球总共有240多万人的名字被刻在芯片上，其中美国人的名字最多，有65.3万个，而中国人排在第二，有26万多个。

目前来看，火星或许是人类实现星球移民最理想的选择地，而在实现这一目标之前，还需要更多的国家参与以及发射更多的探测器前往，尽管过程是如此艰辛。据有关专家透露，中国的火星探测器计划也将于2020年发射，且目前已完成气动外形设计，以及气动力、气动热设计工作。