要给水星,载着二陆万华夏人名字的探测器来了

by admin on 2019年5月2日

永利皇宫官网 1永利皇宫官网, NASA的洞察号火星着陆器,将测量火星上的地震波,并深入火星土壤测量内部的温度。图片来源:NASA/JPL-CALTECH

给火星做CT 去火星挖坑 载着26万中国人名字的探测器来了

(艾麦乐 编译)NASA即将向火星表面派出一艘航天器,自2011年好奇号登陆火星以来,这还是头一次。着陆任务总是让人兴奋:人人都爱火星车,着迷于来自其他星球的全景图像。然而,NASA最新的这位行星际使者不会在火星表面作任何旅行(这是一台着陆器,而不是火星车)。尽管它有可能会拍摄一些照片,展现梦幻般的火星景观,但火星地表并不是它的目标。

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名为洞察号(InSight)的这台火星着陆器,将执行首个深入到火星内部的探测任务。它将对火星进行全面的地球物理调查,帮助科学家回答一系列相关的问题,涉及到这颗红色行星和太阳系内其他岩石星球的形成、演化及物质构成。

“洞察号”团队成员在收到着陆器成功降落在火星表面的确认消息后欢呼。图片来源:NASA/Bill
Ingalls

在火星上玩抓娃娃机

洞察号定于本月发射升空,发射窗口将从5月5日开启。它将于今年11月26日抵达火星,并在火星赤道以北几度的一大片低洼平地上着陆。对于靠太阳能驱动的洞察号来说,这片名为埃律西昂平原(Elysium
Planitia)的着陆地点将提供两大主要的好处:充足的阳光照射,以及平坦并且容易穿透的地形。在这里,洞察号将展开它的两块太阳能电池板,部署用于探测的硬件设备,安顿下来展开长达两年的工作。

使用长达2.4米的机械臂末端的五指抓斗,洞察号将从背板上抓取研究设备,将它们提到空中,再小心翼翼地放置到火星表面。安装在机械臂上的摄像头,和第二个更贴近地面的摄像头,将帮助洞察号的工程师了解着陆器周边的环境,规划如何部署它携带的研究设备。

“你在电子游戏厅里玩过抓娃娃机吗?”载荷系统工程师法拉‧阿力拜(Farah
Alibay)问道,“基本上这就是我们要做的事情,只不过远在上千万公里以外。”这个过程需要数周的时间来准备、计划和实施。在喷气推进实验室的In-Situ
Instrument实验室,任务规划人员可以在向火星发送指令前,先好好练习如何操纵着陆器。一旦洞察号团队实现了这一目标,那就将是第一次,人类使用机械臂在另一颗行星上安装硬件。

永利皇宫官网 3研究人员在实验室中测试洞察号部署设备的能力。这实际上类似于抓娃娃机,只不过要在上千万公里以外的火星上完成。图片来源:NASA

■本报见习记者 任芳言

地震仪超灵敏,还必须很耐操

洞察号主要携带了两大设备,内部结构地震仪(SEIS)便是其中之一。这是一套极其灵敏的地震仪,设计用来检测地震波的大小、速度和频率。这些地震波由火星内部的错位和开裂产生,可以称之为火星地震。

“它不输给地球上我们拥有的任何一台地震仪。”洞察号项目主管汤姆‧霍夫曼(Tom
Hoffman)如是说。它能测量出幅度小于一个氢原子宽度的地面位移。霍夫曼说,“如果火星上刚好有只蝴蝶,而且它极其轻微地落在了这台地震仪上,我们实际上有能力检测到这一点。”除了火星地震以外,它还能检测到其他的东西,包括液态水的流动,陨石的撞击,以及活火山喷出的烟流。

相对于它的灵敏度来说,SEIS算得上是相当耐操了。载荷系统首席工程师乔纳森‧格林布拉特(Johnathan
Grinblat)说,“地球上设计的地震仪必须小心翼翼地处理和安放,然后再也不去触碰它。”而火星之旅注定会让SEIS遇到一些磕磕碰碰,特别是在火箭发射、进入大气、降落和着陆的过程中。格林布拉特说,“它将会振动,并经历很多的冲击,所以它必须耐操才行。”

它还必须承受剧烈的温度变化。在晴朗的夏日,火星赤道地区的气温可能达到20℃,而夜间又会回落到-70℃。正是看到了这一点,洞察号的工程师给设备套了一层又一层保护,就像俄罗斯套娃一样。第一层是真空密封的钛球,第二层是绝热的蜂窝状结构,第三层则是防风隔热穹顶,像一个高科技大锅盖一样罩在传感器外面。

永利皇宫官网 4洞察号携带的SEIS正在地球上的实验室里接受检测。很快,它将前往火星监测那里的地震。图片来源: CNES

在太空中飞了6个多月,火星探测器“洞察”号终于着陆了。

钻入火星土壤,测量内部热量

一旦这些系统安装到位,洞察号就会用机械臂去够第二件设备——热流及物理特性探头,也被称为HP3。这个探头长达46厘米,实际上是一个自动钻探的巨型钉子。它将把自己钻入大约5米深的火星土壤深处,足以让它免受火星表面温度波动的影响。“科学家在地球上研究温度流动时,必须得钻得更深才行,”洞察号的副首席研究员苏姗妮‧斯姆雷卡尔(Suzanne
Smrekar)说,因为潮湿的土壤会在地下深处传导热量。“所以相对而言,在火星上其实很容易。”

这话还是留着对探头去说吧。它需要花上几周的时间才能钻入火星的地下。在钻洞的过程中,它会定期暂停,测量周围土壤的热量传导效率。温度传感器将在系绳上追踪探头,就像把温度计串成一串项链。结合温度计的读数以及对热量传导率的测量,洞察号的科学家将了解到,有多少热量源自于火星的内部。不管有还是没有,这些热量将向研究人员透露,这颗行星由什么构成,它的成份与地球相比又有哪些差别。

永利皇宫官网 5源自于火星内部的热量,将透露这颗行星的内部构造及物质构成。图片来源:NASA

即便此前已有探测器成功登陆火星的经验,但“洞察”号的着陆依旧经历了千难万险。据“洞察”号首席工程师Rob
Manning介绍,从进入大气层到着陆,要经历上千个步骤,在大约7分钟的时间里,“洞察”号必须精准执行这些任务,且还冒着可能与地球短暂失联的风险。

前往火星危机重重

不过,在洞察号测量火星上的温度并探测那里的地震之前,它必须先过发射这一关,勇敢地直面行星际空间的一片荒芜。让人兴奋?毫无疑问。但同时,“关于去火星,一切都很可怕。”阿力拜说,“我们要乘坐火箭发射升空,而火箭基本上就是受控的炸弹。接下来,我们要在真空中航行6个月,持续遭受来自太阳的高能带电粒子的轰击。我们要前往一颗我们必须要瞄准的行星,因为一旦错过,就回不了头了。我们还必须要着陆。而且就算到了火星表面,部署设备时,任何事情也都有可能出错。”

阿力拜不是悲观主义者。她是一位工程师,对她来说,预测失误和失算只是工作描述的一部分。此外,她也知道历史,火星任务的成功率还不到50%。她说,“这不是因为我们不知道自己要做什么,而是因为这确实很难。”

不过,这不会阻止NASA去尝试。毕竟,我们选择前往太空,并不是因为这很容易。(编辑:Steed)

进入大气层,打开降落伞,伸出腿,缓冲着陆,传回信号……11月26日,美国东部时间下午3点左右,“洞察”号有惊无险地到达目的地。

探测任务就这样开始了。

由于大部分探测任务需要长期固定在同一位置完成,科学家为“洞察”号选择了一块相对平坦的着陆区域——在火星赤道的北部,“洞察”号将在此开展预计两年时间的探测任务。

“洞察”号将首次对火星的深层内部展开研究,并对火星上的地震——火震进行探测。中国航天科技集团航天设计师钱航对《中国科学报》表示,“洞察”号此次火星任务的主要目标有二:一是通过研究火星内部结构及演化过程,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。

由法国国家太空研究中心提供的内部结构地震实验设备作为此次“洞察”号携带的主要科学仪器之一,将利用搭载的6个传感器对火星地面运动进行测量。

全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩表示,SEIS能够获取星球内部的“影像”,就好比给行星做CT扫描,以探测火星上曾经存在的生命迹象。

1976年,美国的火星着陆器海盗1号和海盗2号在抵达火星时,也曾携带地震探测仪,但由于多种原因,传回的有效信息并不多。钱航表示,此次“洞察”号探测器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影像帮助定位震源。“这也让人们期待‘洞察’号有更好的表现。”钱航说。

“洞察”号还将第一次精确测量从火星内部散发出的热量。“洞察”号着陆后,将通过机械臂把携带的另一件科学仪器放在火星表面,即由德国宇航中心提供的热流和物理特性研究设备。

该设备能够利用机械装置从火星地表向下挖掘5米,以了解火星土壤下的内部热量变化——这是目前为止火星探测能够触及的最大深度。

此前美国宇航局对于星球内部的热流探测已积累了一些经验,“阿波罗”15号和“阿波罗”17号都曾在月球安装热流探测仪,但由于未能估算好月球风化层岩石硬度,探测仪未能钻探到计划的深度。

“此次给‘洞察’号着陆选址时,科学家充分考虑了着陆区的风化层厚度和岩石硬度,以确保探测设备能够钻到5米深的地方。”钱航表示。

HP3会一点点将“触角”探入地下,通过测量所处位置的温度,确定从星体流失的热量有多少。由NASA喷气推进实验室领衔开发的旋转和内部结构实验设备还将利用“洞察”号的X波段无线电通信系统,精确测量火星自转轴的摄动。

携带了240万地球人姓名的“洞察”号顺利着陆——其中还包括了26万中国人的名字,让不少太空爱好者激动了一把。而实际上,“洞察”号飞向火星的旅程曾经被取消。

NASA曾在2015年末宣布取消原定于2016年3月的发射计划,因为当时“洞察”号携带的地震检测设备密封不严发生泄漏,NASA甚至表示考虑是否要完全取消这项探测任务。

虽然发射时间较原计划推迟了26个月,所幸设备最终被及时修复。这台灵敏度极高、能够检测到精确至原子尺度地面运动的设备将在火星上一展身手。

庞之浩表示,目前人类向火星发射的43个探测器中,成功的仅有18个,成功率不到50%。由于火星距离地球遥远,对发射、控制、通信等技术提出了各种挑战,火星也被称为“探测器坟场”。

即便火星探测耗费巨大,人类也从未停下过脚步,世界各国仍在部署后续的火星探测任务。预计在未来3年里,NASA研制的“2020火星车”将降落火星,以寻找火星上曾存在生命的证据。中国也计划于2020年前后实施首次火星探测任务。

《中国科学报》 (2018-11-29 第3版 国际)

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