據(jù)美國國家航空航天局(NASA)官網(wǎng)11月26日報道，北京時間11月27日凌晨3時54分，該機(jī)構(gòu)的“洞察”號火星探測器結(jié)束了為期6個月的旅程，航行4.84億公里，成功著陸于火星赤道以北平坦廣闊的艾利希平原上，成為人類派出的第一個傾聽火星“內(nèi)心”的使者。登陸后不久，“洞察”號就傳回了火星的第一張圖像。

NASA局長吉姆·布里登斯廷說：“我們的航天器第八次成功登陸火星，‘洞察’號將研究火星內(nèi)部，并將為我們提供有價值的信息。”

傾聽火星“內(nèi)心”

NASA已朝火星派出不少使者，如“勇氣”號、“機(jī)遇”號、“好奇”號等，但這些設(shè)備研究的都是其表面和大氣層的情況。為進(jìn)一步了解火星的內(nèi)部情況，比如火星內(nèi)核由什么構(gòu)成，地質(zhì)活動有多活躍等，我們必須深入火星地下，這是科學(xué)家派遣“洞察”號的原因所在。

“身價”8.5億美元的“洞察”號于今年5月5日發(fā)射升空。NASA科學(xué)任務(wù)理事會行星科學(xué)部代理主任洛瑞·格拉茲說：“現(xiàn)在我們終于將探索火星內(nèi)部——火星地殼、地幔和地核。”

“洞察”號將主要進(jìn)行三項(xiàng)研究：一是通過“內(nèi)部結(jié)構(gòu)地震試驗(yàn)”(SEIS)儀器，測量火星地震以及由隕石撞擊引發(fā)的震顫，借助收集的振動數(shù)據(jù)，繪制火星內(nèi)部各層情況，相關(guān)分析結(jié)果或有助于識別出液態(tài)水或羽狀物;二是借助一對極其精準(zhǔn)的無線電發(fā)射機(jī)，確定“洞察”號在太空中的詳細(xì)位置，觀察它如何移動，并逐漸繪制火星旋轉(zhuǎn)的微小抖動。這些抖動反映了火星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，特別是其內(nèi)核是固體還是液體(晃動更厲害);三是利用“熱流和物理學(xué)性能探測套件”(HP3)測量熱量如何上升，幫助找出熱量來自何處，并研究熱量如何流過周圍巖石，了解更多有關(guān)火星巖石的情況。

科學(xué)家將解讀這些數(shù)據(jù)，了解火星的歷史、內(nèi)部構(gòu)造和活動，從而解答行星和太陽系科學(xué)領(lǐng)域最根本的問題之一——太陽系內(nèi)包括地球在內(nèi)的巖石行星是如何形成和演化的。

迷你衛(wèi)星報平安

“洞察”號前往遙遠(yuǎn)的火星，一舉一動都牽動著工程師們的心。為確定探測器是否安全著陸，他們通常需要一顆通訊衛(wèi)星，在恰當(dāng)?shù)臅r間在探測器頭頂掠過，將數(shù)據(jù)傳回地球。

此次，“洞察”號攜帶的“火星立方體1”號(MarCO)就充當(dāng)了“小廣播”。MarCO是六單元的立方體衛(wèi)星，包括兩顆迷你衛(wèi)星“瓦力”(Wall-E)和“伊娃”(Eva)，這是立方體衛(wèi)星技術(shù)在深空的首次亮相和測試。此次著陸成功后，“伊娃”拍攝了首張火星地圖。

MarCO系統(tǒng)工程師安妮·瑪麗娜說：“我們正為MarCO的下一次測試做準(zhǔn)備，屆時，它將作為一種新型星際通信中繼模式。”

格拉茲表示：“‘洞察’號在火星安全著陸令人興奮，但著陸之后的表現(xiàn)和收集到的數(shù)據(jù)更令人期待。它將開始收集有關(guān)火星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有價值信息，這些信息將幫助我們了解包括地球家園在內(nèi)的所有巖石行星的形成和演變歷程。”

火星探測成功率僅為50%

火星距離地球最近時也有大約5000萬公里，而探測器抵達(dá)火星需要飛行幾億公里，對發(fā)射、軌道、控制、通信和電源等技術(shù)都有很高要求。

全國空間探測技術(shù)首席科學(xué)傳播專家龐之浩向科技日報記者介紹，登陸火星任務(wù)分為發(fā)射、巡航、下降和著陸、表面操作四個階段，不少探測器都在下降和著陸階段“陣亡”。人類迄今為止共發(fā)射40多個火星探測器，成功率僅為50%左右，因而有人把火星稱為“探測器墳場”。

龐之浩說，火箭的運(yùn)載能力、入軌精度和可靠性是火星探測的重要前提。最好用大推力運(yùn)載火箭，把探測器加速到每秒11.2公里的第二宇宙速度，直接進(jìn)入地火轉(zhuǎn)移軌道，否則需要消耗探測器自身燃料和更長的飛行時間加速，會影響探測器壽命。在我國公布的火星計劃中，將使用目前推力最大的長征五號火箭實(shí)施發(fā)射。

由于距離遙遠(yuǎn)，通信也非易事。龐之浩說，從地球發(fā)送到火星的無線電信號，單程延時約20分鐘，這需要探測器具有很強(qiáng)的自主控制能力。

同時，相比月球探測器，火星探測器要進(jìn)行更多次、更精確的軌道修正，才能準(zhǔn)確到達(dá)目的地。龐之浩說，如果探測器在地火轉(zhuǎn)移軌道近地點(diǎn)有每秒1米的速度差或1公里的高度差，到達(dá)火星附近時的位置誤差可達(dá)10萬公里。美國“勇氣”號在降落火星前，先后修正了4次航線。

靠近火星后，探測器需要精準(zhǔn)地進(jìn)入火星軌道，這一動作被形容為“從巴黎打一顆高爾夫球，一桿落入東京的球洞”。龐之浩說，探測器切入火星軌道過程中，如果切入點(diǎn)離火星略遠(yuǎn)，則無法被火星引力捕獲;如果切入點(diǎn)太近，則可能闖進(jìn)火星大氣層墜毀。

目前，探測器在火星軟著陸方式主要有三種：一是氣囊彈跳式,這種方式簡單、成本低，但只能滿足重量較小探測器的著陸要求，且著陸精度不高;二是反推著陸腿式，該方式較復(fù)雜、成本高，但能滿足重量較大探測器的著陸要求，且著陸精度較高;三是空中起重機(jī)式，這種方式最為復(fù)雜，成本最高，技術(shù)最先進(jìn)，可滿足重量更大的探測器軟著陸要求。迄今為止所有的火星著陸器全部采用剛性減速器和“盤—縫—帶”降落傘方案，完成超聲速減速工作。

然而，由于火星密度太小，載人火星飛船的重量過大，現(xiàn)有的三種著陸方式都無法使用。為此美國正在研制新的火星著陸裝置——“低密度超聲速減速器”。龐之浩介紹，當(dāng)著陸器以大約3.5馬赫的速度進(jìn)入火星大氣時，該裝置能像夏威夷氣鼓魚一樣迅速充氣，以增加空氣阻力，將著陸器的速度減至2馬赫。此時直徑33米的巨型超聲速環(huán)帆降落傘打開，幫助著陸器安全著陸。

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