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傾聽火星“內心” 迷你衛星報平安 火星探測成功率僅為50%


來源: 新眾網

新華社發(美國航天局供圖)

據美國國家航空航天局(NASA)官網11月26日報道,北京時間11月27日凌晨3時54分,該機構的“洞察”號火星探測器結束了為期6個月的旅程,航行4.84億公里,成功著陸于火星赤道以北平坦廣闊的艾利希平原上,成為人類派出的第一個傾聽火星“內心”的使者。登陸后不久,“洞察”號就傳回了火星的第一張圖像。

NASA局長吉姆·布里登斯廷說:“我們的航天器第八次成功登陸火星,‘洞察’號將研究火星內部,并將為我們提供有價值的信息。”

傾聽火星“內心”

NASA已朝火星派出不少使者,如“勇氣”號、“機遇”號、“好奇”號等,但這些設備研究的都是其表面和大氣層的情況。為進一步了解火星的內部情況,比如火星內核由什么構成,地質活動有多活躍等,我們必須深入火星地下,這是科學家派遣“洞察”號的原因所在。

“身價”8.5億美元的“洞察”號于今年5月5日發射升空。NASA科學任務理事會行星科學部代理主任洛瑞·格拉茲說:“現在我們終于將探索火星內部——火星地殼、地幔和地核。”

“洞察”號將主要進行三項研究:一是通過“內部結構地震試驗”(SEIS)儀器,測量火星地震以及由隕石撞擊引發的震顫,借助收集的振動數據,繪制火星內部各層情況,相關分析結果或有助于識別出液態水或羽狀物;二是借助一對極其精準的無線電發射機,確定“洞察”號在太空中的詳細位置,觀察它如何移動,并逐漸繪制火星旋轉的微小抖動。這些抖動反映了火星的內部結構,特別是其內核是固體還是液體(晃動更厲害);三是利用“熱流和物理學性能探測套件”(HP3)測量熱量如何上升,幫助找出熱量來自何處,并研究熱量如何流過周圍巖石,了解更多有關火星巖石的情況。

科學家將解讀這些數據,了解火星的歷史、內部構造和活動,從而解答行星和太陽系科學領域最根本的問題之一——太陽系內包括地球在內的巖石行星是如何形成和演化的。

迷你衛星報平安

“洞察”號前往遙遠的火星,一舉一動都牽動著工程師們的心。為確定探測器是否安全著陸,他們通常需要一顆通訊衛星,在恰當的時間在探測器頭頂掠過,將數據傳回地球。

此次,“洞察”號攜帶的“火星立方體1”號(MarCO)就充當了“小廣播”。MarCO是六單元的立方體衛星,包括兩顆迷你衛星“瓦力”(Wall-E)和“伊娃”(Eva),這是立方體衛星技術在深空的首次亮相和測試。此次著陸成功后,“伊娃”拍攝了首張火星地圖。

MarCO系統工程師安妮·瑪麗娜說:“我們正為MarCO的下一次測試做準備,屆時,它將作為一種新型星際通信中繼模式。”

格拉茲表示:“‘洞察’號在火星安全著陸令人興奮,但著陸之后的表現和收集到的數據更令人期待。它將開始收集有關火星內部結構的有價值信息,這些信息將幫助我們了解包括地球家園在內的所有巖石行星的形成和演變歷程。”

火星探測成功率僅為50%

火星距離地球最近時也有大約5000萬公里,而探測器抵達火星需要飛行幾億公里,對發射、軌道、控制、通信和電源等技術都有很高要求。

全國空間探測技術首席科學傳播專家龐之浩向科技日報記者介紹,登陸火星任務分為發射、巡航、下降和著陸、表面操作四個階段,不少探測器都在下降和著陸階段“陣亡”。人類迄今為止共發射40多個火星探測器,成功率僅為50%左右,因而有人把火星稱為“探測器墳場”。

龐之浩說,火箭的運載能力、入軌精度和可靠性是火星探測的重要前提。最好用大推力運載火箭,把探測器加速到每秒11.2公里的第二宇宙速度,直接進入地火轉移軌道,否則需要消耗探測器自身燃料和更長的飛行時間加速,會影響探測器壽命。在我國公布的火星計劃中,將使用目前推力最大的長征五號火箭實施發射。

由于距離遙遠,通信也非易事。龐之浩說,從地球發送到火星的無線電信號,單程延時約20分鐘,這需要探測器具有很強的自主控制能力。

同時,相比月球探測器,火星探測器要進行更多次、更精確的軌道修正,才能準確到達目的地。龐之浩說,如果探測器在地火轉移軌道近地點有每秒1米的速度差或1公里的高度差,到達火星附近時的位置誤差可達10萬公里。美國“勇氣”號在降落火星前,先后修正了4次航線。

靠近火星后,探測器需要精準地進入火星軌道,這一動作被形容為“從巴黎打一顆高爾夫球,一桿落入東京的球洞”。龐之浩說,探測器切入火星軌道過程中,如果切入點離火星略遠,則無法被火星引力捕獲;如果切入點太近,則可能闖進火星大氣層墜毀。

目前,探測器在火星軟著陸方式主要有三種:一是氣囊彈跳式,這種方式簡單、成本低,但只能滿足重量較小探測器的著陸要求,且著陸精度不高;二是反推著陸腿式,該方式較復雜、成本高,但能滿足重量較大探測器的著陸要求,且著陸精度較高;三是空中起重機式,這種方式最為復雜,成本最高,技術最先進,可滿足重量更大的探測器軟著陸要求。迄今為止所有的火星著陸器全部采用剛性減速器和“盤—縫—帶”降落傘方案,完成超聲速減速工作。

然而,由于火星密度太小,載人火星飛船的重量過大,現有的三種著陸方式都無法使用。為此美國正在研制新的火星著陸裝置——“低密度超聲速減速器”。龐之浩介紹,當著陸器以大約3.5馬赫的速度進入火星大氣時,該裝置能像夏威夷氣鼓魚一樣迅速充氣,以增加空氣阻力,將著陸器的速度減至2馬赫。此時直徑33米的巨型超聲速環帆降落傘打開,幫助著陸器安全著陸。

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