[科普中国]-“洞察号”首次为火星“把脉”！中国计划2021年实现火星着陆

北京时间2018年11月27日凌晨，美国宇航局(NASA)宣布“洞察号”(Insight)火星探测器成功登陆我们的近邻火星，并接收到从“洞察号”传回的信息。洞察号在未来几天内将解锁机械手臂，使用机械手臂上的相机拍摄着落点附近地表照片，以便工程师确定将洞察号携带的科研仪器安放在什么位置。预计这些仪器成功安放到正常工作再到传回数据，将需要两到三个月时间。“洞察号”（InSight）实为“Interior Exploration using Seismic Investigations， Geodesy and Heat Transport”的缩写，大意是“利用地震调查、测地与热流来进行内部探测”。作为第一个洞察火星的航天器，此次“洞察号”登陆火星有两大科学目标：一是通过研究火星内部结构及过程了解类地行星的形成和演化，二是了解火星构造活动和陨石撞击活动现状。具体科学目标包括确定火星壳的厚度和结构，火星地幔的组成和结构，火星核的尺寸、组成和物理状态，火星内部的热状态，测量火星地震活动的频率和地理分布以及火星表面陨石撞击的频率。那“洞察号”如何来实现这两大科学目标呢？“洞察”号将利用高灵敏度火震仪，给火星“把脉”作为首个研究火星内部的火星探测器，“洞察”号将利用高灵敏度火震仪，给火星“把脉”。单个地震仪的探测必然存在局限性，地震仪安装位置也会严重影响探测结果。美国阿波罗登月任务中安装的4台月震仪就是因为相互距离很近而很难探测到远月面的月震。1976年美国火星着陆器“海盗一号”（Viking1）和“海盗二号”（Viking2）首次着陆火星时同样携带了地震探测仪，但由于多种原因没有传回太多有效的信息。虽然这些探测仪器性能并不突出，但是它们是之后火星地震探测网络构建的先锋，为探索太阳系内类地行星内部构造和形成过程奠定了基础。此次Insight携带了更灵敏的地震仪，且有高分辨率火星勘测轨道飞行器(MRO)影像帮助定位震源，这也让人们期待Insight有更好的表现。同火星地震仪相似，NASA对于星球内部的热流探测也具备一些任务经验，阿波罗13、15、16和17号登月任务都携带了热流探测仪，其中阿波罗15号和17号成功在月球安装了热流探测仪。但是由于错误地估计了月球风化层岩石的硬度，最终探测仪没有钻到计划的深度。所以，此次Insight任务在进行着陆选址的时候充分考虑了着陆区的风化层厚度和岩石硬度，以使探测仪能钻到5米深的地方。Insight“洞察”利器集各国智慧之结晶值得一提的是，“洞察号”虽为美国NASA发射，但此次搭载的“洞察”利器可谓集各国智慧之结晶，主要包括：一是法国空间局(CNES)提供的内部结构地震实验(SEIS)设备。SEIS包括6个传感器，可测量多种频率的地面运动。置于密封箱中的传感器与精密校平结构将被直接放置在火星表面，并通过包含电源和数据线的系绳与着陆器相连。二是德国宇航中心(DLR)提供的热流和物理特性研究设备(HP3)。HP3将首次精确测量从火星内部散发的热量，其将由Insight的机械臂放置于火星表面，然后利用机械装置向下挖掘3-5米深，机械装置顶端的温度传感器将探测火星内部热量。HP3还将利用辐射计测量火星表面温度。此外，美国喷气推进实验室(JPL)领衔开发的旋转和内部结构实验(RISE)设备将利用Insight着陆器的X波段无线电通信系统精确测量火星自转轴的摄动。而与Insight共同发射的一对被称为火星立方体一号（MarCO）的立方体小卫星不仅用于验证立方体小卫星在深空的导航和持久能力，还能实时把Insight降落火星过程中的信号接力传回地球。正是通过它们，人们在地球上以近乎直播的方式观察到了Insight的着陆过程。这也是首个进入深空的立方体卫星。中国火星计划即将启程NASA去年启动了搭载Insight的姓名征集活动。全球各地的申请者在NASA官网填写自己的姓名信息，这些名字被刻在特制芯片上，搭载在Insight内部前往火星。最终，搭车奔赴火星的姓名达到240万个，约26万来自中国。在中国，除了太空爱好者外，也有众多网民争相把自己偶像的姓名填写在NASA官网，参与此次活动。有网友笑言，“全世界的偶像明星2018年集体飞火星。”而中国的火星探测计划也正逐步启程！中国计划于2020年左右实施首次火星探测任务，该任务计划在2021年实现火星探测器着陆火星。我国首次火星全球遥感与区域巡视探测任务已获得国家批复立项，中国航天科技集团正在开展火星探测器和大型运载火箭的研制任务，将对火星开展着陆巡视探测工作。按照任务计划，火星探测器将一步实现“绕、落、巡”工程目标，在一次任务中实现火星环绕探测和巡视探测的目标，获取自主火星探测科学数据，实现深空探测技术的跨越。科学目标是通过环绕器与火星车独立探测和联合探测，实现对火星的表面形貌、土壤特性、物质成分、水冰、大气、电离层、磁场等科学探测。此外在2030年前后，中国还将实施3次深空探测任务！作者 | 钱航 中国科学院国家空间科学中心博士,现中国运载火箭技术研究院总体设计部型号设计师审稿 | 苟利军 国家天文台研究员转载请注明来自“科普中国”