【猎云网（微信号：ilieyun）】11月26日报道 （编译：张璐璐）

编者注：2018年5月5日，NASA“洞察号”探测器成功发射，经历205天的长途旅行，“洞察号”将于美国当地时间2018年11月26日下午（北京时间11月27日凌晨）在火星着陆。本文深度剖析了“洞察号”将在火星完成的特殊任务及其搭载的特殊技术。

11月26日，美国当地时间，美国宇航局新开发的“洞察力”探测器将在六年内完成首次火星着陆。这种类似蠕虫的探测器将帮助我们第一次看到火星内部，揭开太阳系发展的新篇章。

在5月5日成功发射后，Insight将于美国东部时间11月26日下午3点在位于火星赤道上的Great Plains（称为Elysium Planitia）降落。这是火星探测器（好奇号）降落后的第一次地面任务，距离着陆点约600公里。 NASA将在加利福尼亚州帕萨迪纳的喷气推进实验室（JPL）现场直播。据报道，该实验室负责管理这项8.14亿美元的任务。有兴趣的人可以在世界各地的登陆派对上一起见证这一时刻。

然而，与好奇号不同，太阳能洞察将继续正常运行并使用三种仪器研究火星的地震活动，旋转波动和地下温度，以确定火星的内部结构和地热活动，以及它的流动或固体核心。此前，美国国家航空航天局在2020年火星探测任务（火星2020）之后宣布下一次火星着陆，旨在通过收集和缓冲样本并返回地球进行进一步研究来探索古代生命的潜力。

Insights需要执行哪些任务？

Insight收集的数据可能有助于解释所有类型的行星，包括水星，金星，地球和火星，以及为什么地球和火星开始以同样的方式进化，但现在只有地球有生命活动。 。与火星不同，地球在45亿年前形成之后，地质损失已经消除了数千万年前的结构证据。

“对于太阳系的历史，我们有一个至少基于地球发展的假设，”火星探测计划的首席科学家Michael Meyer说。 “我们目前拥有地球模型和优秀数据。可以推断出我们的星球是如何形成和进化的。现在我们需要来自其他星球的数据来确认这些模型的正确性。 ”的

可以与此相比较的一个例子是开普勒对太阳系中其他行星的任务的特写，这促使科学家们重新调整我们自己的假设。迈耶说：“我们已经掌握了太阳系的形成方式，每个人都对此感到兴奋，直到开普勒任务发现大型（气态）木星大小的行星在不远处的其他恒星附近运行。我们意识到这些模型可能只是适用于太阳系，可能不一定能解释其他星系的情况。”

这项任务一直是Insight首席研究员Bruce Banerdt的梦想。在2006年首次尝试被拒绝后，他的改进提案于2010年通过，并在2012年申请项目资金时击败了两个竞争对手。洞察力是NASA发现计划的一部分，这是由马歇尔太空飞行中心监督的成本期科学任务在美国阿拉巴马州的亨茨维尔。

喷气推进实验室的感应仪表系统工程师特洛伊哈德森说：“几十年来，布鲁斯一直试图将地震仪带到火星上。”

使用地震勘测，大地测量和热传递的见解或内部勘探将使用地震仪和火星旋转时间来确定火星地幔的结构以及核心和当前的地热活动。虽然这项技术已在地球上存在了数十年，但它需要一种国际思维才能在火星上实现完全着陆和操作。法国，德国，瑞士和英国的研究机构帮助设计了一些仪器，而丹佛的洛克希德马丁太空公司则设计了这种太空船。

美国向Insights投资了8.138亿美元，其中包括用于运载火箭和服务，航天器和运营的1.63亿美元。欧洲主要投资者法国和德国也投资了1.8亿美元，主要用于地震仪和热流仪表。 JPL和NASA还投入了1800多万美元用于开发独立但互补的任务--Mard Cube One（MarCO）项目。

精心策划的着陆

即使没有空中起重机，Insights的登陆也会像好奇号的一系列精确操作一样令人兴奋。

这些困难的动作包括在巡航阶段将着陆器与后壳分开，将隔热罩转向大气，以12度的角度撞击它以防止其燃烧或反弹。距地面113公里处，气温将超过982摄氏度，洞察力将迅速从每小时20,000公里降至每小时1,600公里，受到相当于12个大气压的压力。距离地面16公里处，Insight将打开一个超音速降落伞，放弃隔热罩，释放着陆腿，并将雷达传送到地面以测量其距离和速度。

距离地面1.6公里，着陆器部分将与后壳和降落伞分开。然后螺旋桨将点燃，从后壳旋转着陆器，使其轻柔地落在地面上，并在着陆时关闭，从而确保着陆期间不会发生事故。科学家之所以选择这个着陆点，是因为它充足的光线，缺乏岩石和低海拔，以确保即使在沙尘暴中也能进行足够的空中着陆。

哈德森说：“当你花了十年时间研究如此复杂和具有挑战性的事情时，所有这些成功将取决于着陆的恐怖7分钟’对于我们参与对于这项任务的人来说，这是最痛苦的生活经历。”

为了在进入，下降和着陆过程中传递数据，Insight还将配备单独的飞越任务——— Mars Cube One（MarCO），这是迷你CubeSats卫星的第一个太空发射，也是一个洞察力伴随飞行卫星。着陆成功后，着陆器将展开其太阳能电池板并开始充电，但设备将在两个月后才能正常工作。具体而言，机器人手臂从甲板上解锁需要两天时间;车载摄像机需要10-15天的现场勘测;另外30-40天用于系统地将地震仪和热流仪器放置在表面上。

Hudson说：“这是这项任务的一部分，需要同时工作的人数最多。对于洞察力，这是前所未有的。我们从未部署过这样复杂的仪器来将远程操作与着陆器分开。”

给火星“ldquo;把脉冲“放进去”

当火星在其轴上旋转并绕太阳运行时，它会像陀螺一样摆动，因为太阳将它拉开并将其推回轨道（如地球）。我们现在知道火星每个火星年都会更新它的频率，但我们不知道确切的规则。这一变化将帮助科学家确定火星核的大小和组成。如果芯是液体，则会产生更大的摆动频率。

RISE（旋转和内部结构实验）由飞机顶部的两个X波段天线组成，可将无线电信号传输到地球上的接收站，供科学家跟踪和测量。当“洞察与GT;随着行星旋转，它们的表观频率会发生变化。由多普勒效应引起的频率变化允许RISE团队测量航天器与地球上的接收站之间的距离，通常在几十厘米之内，但这也好于十。百分之十亿好得多。

观察频率变化并测量这个火星年（大约两个地球年）的振荡程度，在此期间，探险队执行任务将最终表明火星的核心是液体还是固体。

这也是解释地球弱磁场的一个步骤。人们普遍认为，像地球一样强大的磁场对生命有益，因为它会偏转太阳的大部分太阳风并降低太阳剥离行星大气层的能力。地球液态铁外芯中的旋流对流产生了这种“行星发电机”。火星缺乏强磁场，可能是因为外核很薄或缺乏液体，这可能是早期火星大气中由于太阳风剥落而消失的罪魁祸首。

SEIS监测火星地震

SEIS（内部结构地震实验）将通过来自火星地震的地震波，陨石撞击，滑坡，沙尘暴和由两颗卫星在火星上的重力引起的地壳潮汐来测量火星的内部活动和结构。 。当地震能量穿过火星时，地震波在层边界处反射并随着穿过它们的物质的性质而变化。

哈德森说：“地震学就像用超声波检查身体一样。不同的来源，如地震或撞击，会产生具有独特特征的波浪，就像乐器的不同声音一样。”

地震仪通过弹簧和重物检测垂直地面运动，它们的运动产生数字记录的电压。 “Viking”是着陆器上40年的地震仪历史。与SEIS相比，SEIS得到了很大的改进。它甚至具有检测小于氢原子宽度的振动的灵敏度。

这种灵敏度需要小心保护。在地球上，科学家将地震仪埋在地下，但它无法在火星上完成。着陆后，Insight的机器人手臂将SEIS放置在地面上，并在其上方放置一个圆顶形状的盖子，这是一个挡风玻璃。这个“便携式洞”将保护SEIS免受火星100华氏度的温度波动的影响，并配备坚固的聚酯装甲裙，悬挂在地面上以防止风振。

虽然火星的结构比地球更平静，但科学家预测，由于大气变薄和没有水，火星将会经历更多可探测的陨石撞击。如果SEIS检测到任何信息，它将与火星勘测轨道器协调进行图像验证。

“如果Insight捕获了一些影响信息，并且我们认为这些影响发生在火星的某个区域，我们可以确认它是否是一个新的影响因素，”Hudson说。科学家们渴望在Insight的两年任务中发现5到10个流星撞击。

除了这些高能地震事件，SEIS还可以检测到较慢的变化。他补充道：“我们还将看到火星如何在潮汐中弯曲和膨胀。就像卫星的引力导致地球产生潮汐一样，火星的卫星（比地球小得多，但离它们的母行星更近）会导致地壳的起伏。这片土地的潮汐运动非常小，是毫米级的。地震仪测量其上升和下降的速度，因此我们可以分析地壳的厚度。地壳越厚，运动范围越小。 ”的

Hudson表示，正如预期的那样，SEIS的设计极具挑战性，并最终导致探测器的推迟发射。由于极高的灵敏度，SEIS需要在真空中密封。但是设计团队一直在跟踪，看看是否有缓慢的漏气。事实证明，真空两侧的仪器组件之间存在连接，需要对整个设计和制造进行维修。

这种延误造成了大约1.5亿美元的成本超支，并直接导致2016年错过发射时间，这需要另外26个月才能获得下一个火星发射器。但是这个额外的时间也让Hudson的团队在任务中改进了独特的热流仪表。

HP3给火星“< ;;体温”：>这种仪器是史无前例的。”

最后部署的仪器是HP3（热流和物理性质包），它测量火星内部的热量，这是来自行星的形成和放射性元素的衰变。这与形成火星表面，形成太阳系中一些最高峰以及三倍于珠穆朗玛峰的火山所需的热量相同。最重要的是，限制热流将有助于解决一系列问题，例如火星，地球和月球是否来自科学家认为的同一物质，以及火星当前的地质活动。

但是，HP3的特定数据收集必须在表面下方进行。为避免表面温度波动，读数必须在地下3至5米（约10至16英尺）。为此，工程师设计了一个自钻式圆柱形探头，或“鼹鼠”，它连接在一个长绳上，并嵌有一个温度传感器，测量精度为100.一度。探头内部的机械装置允许钻探5米的深度，这比人类在任何其他行星，卫星或小行星上挖掘更深。钻孔完成后，将长绳拉到探头后面。

哈德森解释说：“当钻头逐渐渗入地下时，它会定期停止并测量地面的导热系数。一旦达到最终深度，嵌入式传感器将反馈地下温度随深度的变化，即地热梯度。我们预计5米以上的温度仅增加1到2度。这种变化非常小，但对于HP3的温度传感器来说已经足够了。深入地下是一项挑战，但数据越深，它就越现实。 ”的

钻头的设计也面临着巨大的挑战：它必须是一个重量不到1千克的独立钻井装置，能够以10瓦的可用功率运行，能够穿透各种行星的土壤类型，并且足够强大以至于受到影响在锤击过程中由锤子施加的剧烈加速。除上述要求外，还需要一些复杂的温度和方向传感器。

Hudson说：“在没有资源的情况下，没有人能够制造出这样的装置，可以穿透到地球的地下.HP3的钻孔装置可以同时产生超过10,000个大气压的强力锤子，可以承受 

该仪器还将提供一批额外数据。

Hudson补充说：“这个过程将持续大约30天，钻头将每4天锤击几个小时，产生SEIS可以捕获的振动，利用这些信息分析着陆探测器附近的地下条件，例如深度基岩层。这不是我们火星任务的要求之一，但我们希望能够充分利用这次来之不易的火星之旅。 ”的