倾听红色星球的心跳:洞察号火星探测器发射升空

[ 录入者:zhangms | 时间:2018-05-06 09:37:37 | 作者:晨风 | 来源:新浪科技 | 浏览:827次 ]

新浪科技讯 就在刚刚,美国太平洋时间5月5日04:05(北京时间今天19:05),最新的一颗火星探测器已经从美国加州范登堡空军基地发射升空,飞向遥远的红色火星。

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2018年5月5日19:05,当地时间4:05,晨雾中,洞察号探测器零窗口发射升空!

一、 这是一颗什么样的探测器?

这颗探测器名叫“InSight”(洞察号),这个名字实际上是正式英文名“Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport”的缩写,大意是“地震调查,测地与地热流内部探测器”。

这是美国宇航局旗下“发现”(Discovery)计划资助的第12个探测项目。这类项目要求尽可能降低成本与风险,瞄准一个特定科学问题进行探测。专门针对火星内部探测的“洞察号”对此要求吻合地还不错,只是花费有点超标。这个探测器原计划是在2016年3月份发射的,但是由于一个主要仪器出现故障,一时难以修复,错过了发射窗口,不得不再等两年,拖到2018年才发射,这中间就要多花费1.5亿美金,使得项目总价飙升到超过8亿美金。而在位于美国西海岸的加州范登堡空军基地发射,也将使其成为历史上第一个从这里发射的行星际探测器。

“洞察号”高度1米多,太阳能帆板全部展开时,最大宽度可以到6米,总质量是694公斤。其中包括一颗着陆器(358公斤),隔热罩(189公斤),巡航级(79公斤)以及大约67公斤左右用于中途轨道修正等用途的推进剂之类。

2018年5月5日北京时间19:05,一枚57米高的宇宙神 V 401型火箭托举着这颗最新的火星探测器,起飞。如果一切顺利,那么这颗探测器将在太空中飞行7个月左右,在2018年11月26日前后降落到火星表面。

洞察号是首个专用于火星内部结构考察的探测器

二、它是做什么用的?

“洞察号”最大的任务如前所述,就是去探测火星的内部结构。但正如任务科学家们所言,这并不仅仅是一次火星探测任务,因为了解火星的内部结构,将对与其类似的其他类地行星的研究产生推动,如地球,金星和水星,甚至月球等等。

尽管火星和地球大致形成于45亿年前的同一团尘埃云物质,但两者之间却出现了比较明显的差异。“洞察号”将有望帮助我们回答这一问题。

要想了解火星的地质演化历史,我们必须对其内部结构有所了解,但尽管我们距离第一次探测火星已经几乎50年之久,我们对于火星内部结构却仍然知之甚少。来自内部的力量和物质塑造了行星的大气层,地表景观和地形,以及磁场。从很大程度上说,一颗行星的内部情况可以决定这颗行星上是否具备适宜生命生存的环境条件。因此,“洞察号”经过专门设计,携带专门设备,将绘制火星内部的结构图。

洞察号还将搭载两个小卫星,这是首次在火星轨道试验微小卫星技术

三、 它如何探测火星地下的情况?

要先了解这一方面,我们就需要看一下“洞察号”所携带的科学载荷了。“洞察号”携带的科学载荷主要由两种,分别对应于地震探测,以及地热流测量。这些都是了解火星内部状况的重要手段。

和地球上一样,地震波可以让我们给火星“做超声波检查”,听一听火星的心跳,量一量火星的脉搏。这一次,“洞察号”将首次对火星上的地震,或者叫“火震”进行详细记录。除此之外,“洞察号”还携带了先进的钻探式地热流探测器,给火星测测体温高低。可以说火星诞生45亿年来,这么详细的身体检查还是头一遭。

能够做到以上这些“体检”功能,多亏了“洞察号”先进的科学设备,以及此前人类在火星探测领域的长期技术和经验积累。

为了最大限度降低成本和风险,“洞察号”在很大程度上参考了2008年降落在火星接近北极地区的“凤凰号”探测器的很多设计与技术成果。另外,这次任务也是一次真正的国际化任务,参与的科研机构和科学家高度国际化,来自很多不同的国家。

自身重量仅有358公斤的着陆器上用于有效载荷的分量大约是50公斤左右,应该说容量并不是很大,这并非一个特别巨大的着陆器。这50公斤里除了科学设备之外,还要包括各种相机和各种辅助设备。

洞察号着陆火星工作示意图

但其中,比较重要的载荷主要就是两样。

1) 第一样是一套地震仪设备:SEIS(内部结构地震实验)。

这套设备由法国提供,瑞士,德国和英国的科研机构参与。它将精确测定火星上的震动,以了解火星的演化历史和内部结构,并监测陨星撞击火星地表的频率。SEIS还可以监测火星大气中的波动,以及火星的小卫星对火星地表产生的极为微弱的引潮力。此前导致“洞察号”发射推迟的,正是这个SEIS设备在2015年被发现真空系统出现故障。

SEIS的配套气象设备很完善,包括加州大学洛杉矶分校提供的“矢量磁强计”,用于监测火星大气电离层扰动;以及一台由西班牙/芬兰联合研制的“气象监测站”,它和好奇号火星车上安装的是一样的,可以测定环境温度,风速和风向等信息;另外,还有一台由美国宇航局喷气推进实验室(JPL)研制的火星气压计。这些微小波动都可能影响到地震仪度数的明确性,需要进行测定和剔除。

2) 第二样叫做“HP3”(热流与物理性质探测包)。

这是由德国空间中心(DLR)提供的设备,这是一台“自动钻进式热流计”,可以像自动打桩机一样自行钻入火星地表,因而得到一个绰号“鼹鼠”。

它最大可以钻入5米深,以探测来自火星内部的地热流值大小,这将帮助科学家们判断火星内部冷却的速度。行星形成之后就处于不断的冷却降温过程之中,一旦完全冷却,那么岩浆,板块运动。火山爆发等活动都将随之消失。而一颗行星的体积质量越小,它冷却的速度也就越快。地球今天仍有活跃的板块与火山等运动,而比地球小得多的火星基本上已经看不到地质活跃的迹象。那么,火星内部是否已经完全冷却?是否其内核附近还存在一些仍然处于熔融状态的物质?对地热流的测量将有助于我们回答这一问题。

另外,这个钻头背后是有导线连接的,这根导线上,每隔10厘米就安装了一台高灵敏温度计,从而能够测定地下5米深度内的温度剖面。

除了这两样最重要的设备之外,还有第三件探测利器:RISE(自转与内部结构实验)。这是一个由美国宇航局喷气推进实验室领导的项目,其目的是了解火星内部的物质状态与质量分布情况。它的原理其实很简单,通过生活经验就能够解释:一个熟鸡蛋,一个生鸡蛋,以及一个半生不熟的鸡蛋,在转动时的表现是不一样的,内部液体(或者熔融状态的物质)的存在,或者内部质量分布的不均匀,理论上可以通过对行星自转的精确测定分析推断出来。本次RISE设备将透过X波段测控信号精确测定火星自转,精度误差小于2厘米,其取得的数据将非常具有价值。

洞察号着陆火星程序图

四、其他情况

着陆火星后,“洞察号”将使用一根2.4米长的机械臂把SEIS以及HP3设备“拿到”火星地面上,这种做法在所有的火星探测任务中也是头一次。

在机械臂上,以及基座前端分别安装有彩色相机,这几台相机的技术也同样是来自之前勇气号,机遇号和好奇号火星车验证过的成熟技术,大大降低了成本与风险。

除此之外,本次与“洞察号”一并升空的还有一对微小卫星,名叫“火星立方体卫星一号”(MarCO)。这两个公文包大小的微小卫星将跟在“洞察号”身后,独立飞向火星。它们的设计目的是检验微小卫星在火星与地球之间实现通讯的技术可行性,另外,如果它们顺利进入围绕火星的轨道并通讯实验成功,那么它们还能在轨道上为“洞察号”提供信号中继服务。这也是人类首次在另一颗行星轨道上测试立方体微小卫星技术。(晨风)

 

Tags:洞察号   火星  探测器

责任编辑:zhangms

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