一年前,洞察號是如何成功著陸火星的?丨天天科普

2018年11月26日,NASA的新一代火星著陸器洞察號順利著陸火星。  

洞察號的使命是探測火星的內部結構。如果說好奇號是迄今為止最偉大的火星地球化學家和地質學家的話,那么洞察號將會是火星第一位偉大的火星地球物理學家。  

洞察號在火星上的工作示意圖(圖片來源:NASA)  

洞察號是如何著陸的?  

不同于月球,火星有微弱的大氣層(不足地球的1%),這些大氣層雖然可以幫助著陸器緩沖減速,卻也會給著陸器帶來致命危險。  

著陸火星的探測器需要經歷上千個步驟,但大體來說都有這么幾個主要階段:  

著陸艙與巡航段分離進入大氣層打開降落傘、扔掉隔熱盾與降落傘分離緩沖著陸開始傳回訊號、打開太陽能板(如果有的話)。  

洞察號整體機身的設計很大程度上直接繼承了之前的鳳凰號著陸器,它的著陸過程也和鳳凰號幾乎一樣。  

(左)鳳凰號的俯視圖和正面圖;(右)洞察號的俯視圖和正面圖。兩片黑色的大傘是探測器的太陽能板。(圖片來源:NASA)  

隔熱盾+降落傘+反沖火箭,非常old school(傳統)的著陸方式了,已經用了50多年。當年好奇號用了空中吊車黑科技,主要是因為它實在太重了,有將近一噸,而只有不到400公斤的洞察號當然就用不著這么費勁了。  

恐怖7分鐘  

說起來,NASA在著陸火星方面一直保持著遙遙領先的成功率,但直到今天,著陸火星依然是一件極其危險、生死難卜的事兒,即使是NASA也不敢掉以輕心。  

從1960年人類第一次嘗試發射火星探測器以來,到洞察號之前,一共有14次火星著陸任務成功進入了火星大氣層,但只有7次任務成功著陸并順利開展探測工作——成功率只有50%。  

即使到了著陸技術已經相對成熟很多的近20年,也依然有NASA的火星極地著陸者號、深空2號,歐空局的小獵犬2號、斯基亞帕雷利號的遺憾失敗。  

洞察號到達之前的火星著陸版圖(數據來源:MOLA,制圖:haibaraemily)  

具體到這次的洞察號。從進入火星大氣層到著陸火星表面,洞察號的這一著陸過程大約會持續6分45秒(比花了7分12秒的好奇號要短一點點,除了著陸策略的差異之外,最主要的原因是好奇號的著陸點的地勢比洞察號要低上近2000米)——這也是傳說中的“恐怖7分鐘”(7 Minutes of Terror),因為這一過程的上千個復雜操作都只能在預先設置好參數之后完全由探測器自主完成,甚至中間有幾個階段信號都會中斷。成功或者失敗,都只能等到探測器著陸之后傳回了信號才會知道——遠在地球上的人類除了等待之外,無能為力。  

畢竟從探測器剛進入大氣層之前傳回的信號,最快也要8分多鐘之后才能到達地球——那時候無論成敗,都已經塵埃落定。  

不過呢,洞察號之前的7次成功的任務全部都是NASA的,這也算是一種實力背書了。所以說,這次洞察號成功著陸雖然不令人意外(考慮到NASA的成功率),但還是讓人提心吊膽。  

洞察號順利完成了預定的著陸計劃(圖片來源:漢化自)  

現場工作人員的喜悅溢出屏幕(圖片來源:NASA)  

洞察號著陸在哪里?  

經過長達四年的考察和探討,洞察號最終選定了北半球埃律西昂平原西部這片平坦的赤道區域,距離好奇號的探測區也很近。  

背景圖是火星地形圖,紅區代表高處,藍區代表低處(圖片來源:NASA)  

你好,洞察號!再見,瓦力和伊娃!  

剛到火星,勤奮的洞察號就已經休整狀態——用它的ICC相機拍攝了它人生中第一次張限量版照片。  

而事實證明首次出場的瓦力和伊娃也非常給力——它們以近乎實時的速度(也就是只延遲了8分鐘左右的信號傳播時間)把這張照片傳回了地球。  

于是,地球上的我們僅僅在著陸后10分鐘左右就看到了這張令人激動不已的照片!  

洞察號拍攝的第一張火星照片 (圖片來源:NASA-JPL-Caltech)  

拍攝這張照片的時候,洞察號還沒有拿掉相機的防塵罩,所以看著臟兮兮的也很不清晰,宛如新生兒剛剛睜開眼睛看到的模糊世界。  

你好呀,洞察號!歡迎來到火星!  

但這可是絕對的限量版!因為幾天后防塵罩就會被摘掉,以后再傳回的照片就會很清楚啦。  

幾個小時后,洞察號與在軌的火星奧德賽號軌道器成功取得聯絡。奧德賽號告訴我們,洞察號非常健康,已經順利打開了太陽能板。  

此外,洞察號IDC相機拍攝的第一張火星照片也傳回了地球。相比之下也明顯可以看出,IDC相機的視野比ICC相機窄得多。  

IDC相機拍攝的火星以及洞察號機身的一部分(圖片來源:NASA/JPL-Caltch)  

243萬個地球人的名字,順利登上火星  

和之前NASA的許多任務一樣,洞察號也面向所有的地球人征集名字。這幾乎算得上是NASA增加普通民眾參與度和對深空探測親切感的經典案例了。  

最終,全世界有近243萬人領到了這張“登機牌”,其中包括26萬名中國人。  

這些名字被存儲在一個直徑不足0.8厘米的芯片中,也隨著這次洞察號的順利著陸,成功來到了這片紅色星球上。  

存儲了243萬人名字的芯片 (圖片來源:NASA-JPL Caltech)  

洞察號的計劃觀測周期是2個地球年,也就是說,接下來它還會繼續工作約1年時間。  

【編輯:朱曦東】

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