"洞察"號火星探測器

"洞察"號火星探測器

“洞察”號火星無人著陸探測器是美國宇航局向火星發射一顆火星地球物理探測器,它的機身設計繼承先前的鳳凰號探測器,著陸火星之後將在火星表面安裝一個火震儀,並使用鑽頭在火星上鑽出迄今最深的孔洞進行火星內部的熱狀態考察。根據項目首席科學家布魯斯·巴內特(Bruce Banerdt)的說法,這一探測器將是一個國際合作進行的科學項目,並且幾乎是先前大獲成功的鳳凰號探測器的翻版。

2018年5月5日凌晨4時05分,搭載“洞察”號火星探測器的“宇宙神”V-401型火箭從位於加州中部的范登堡空軍基地3號發射台發射升空,執行人類首個探究火星“內心”的探測任務。11月26日14時54分許,“洞察”號無人探測器在火星成功著陸,執行人類首次探究火星“內心深處”奧秘的任務。

  • 中文名稱
    “洞察”號火星無人著陸探測器
  • 外文名稱
    Mars probe
  • 發射時間
    2018年5月5日
  • 發射地點
    美國加利福尼亞州中部
  • 登入時間
    2018年11月26日

設計背景

洞察號只是作為全部3個參加競爭美國宇航局“發現”計畫經費支持的項目之一。“洞察”號原計畫2016年3月發射,但由於其搭載的地震測量儀主要感測器出現真空密封不嚴問題,發射被迫推遲。美航天局之前發布的一份聲明說,“洞察”號的預算原本為6.75億美元,但重新設計地震測量儀加上任務延遲,導致項目成本超過9.93億美元。 

設計原理

巴內特是宇航局噴氣推進實驗室的專家,他說:“洞察號基本是白手起家,但是其設計基本遵從了先前鳳凰號的藍圖。”他的小組這樣利用已經被證明為可靠的舊有設計藍圖將省去重新進行設計的步驟,從而大幅削減項目成本。不過他也說:“這台探測器的機械臂和鳳凰號的很像,但是並非完全相同。”並且洞察號探測器的著陸地點和考察目標也和鳳凰號有所不同。

洞察號將搭載完全不同的3種科學載荷,包括兩台由歐洲提供的儀器,專門設計用於探查這顆紅色星球的核心深處,從而了解與其形成過程相關的線索。它將探測這裡是否存在任何地震現象,火星地表下的地熱流值,火星核心的大小,並判斷火星的核心究竟處於固態還是液態。巴內特說:“地震儀設備(即SEIS,全稱為‘內部結構地震實驗’)由法國提供,地熱流值探測儀(HP3,即熱流和物理屬性探測儀)則由德國提供。”洞察號探測器計畫中將降落在火星靠近赤道的溫暖地帶,從而保證它的任務期可以達到兩年左右。 

發射歷程

發射

2018年5月5日凌晨4時05分,搭載“洞察”號火星探測器的“宇宙神”V-401型火箭從位於加州中部的范登堡空軍基地3號發射台發射升空,執行人類首個探究火星“內心”的探測任務。 

著陸

2018年11月26日,美國國家航空航天局官網發布訊息稱,火星探測器“洞察號”將於美國時間11月26日,在火星表面著陸。著陸前,它將以19800公里的時速進入火星大氣層頂部,並在三條腿落地火星表面之前,慢慢降至時速8公里,相當於人類慢跑的速度。這種急遽減速必須在不到7分鐘內完成。 

2018年11月26日14時47分,“洞察”號進入火星大氣層,整個進入、降落和著陸的過程在約7分鐘內完成。

2018年11月26日14時54分許(台北時間27日3時54分許),美國航天局的“洞察”號無人探測器在火星成功著陸,執行人類首次探究火星“內心深處”奧秘的任務。隨後,“洞察”號通過與其同行的迷你衛星於15時許傳回了火星的第一張照片。 ​

主要任務

洞察”號任務全稱“通過地震調查、測地學及熱傳導實施內部探測”,是首個研究火星內部的探測任務,也是美國火星無人探測項目的重要部分,設計任務時間為兩年。科學家希望通過“洞察”號了解火星核心大小、成分和物理狀態、地質構造,以及火星內部溫度、地震活動等情況。目的是想嘗試回答一個科學界最基本的問題:行星是如何形成的?

如果一切順利,探測器預計將於2018年11月26日左右在火星赤道附近著陸,然後用機械臂把地震測量儀和溫度測量裝置永久安置於火星表面。這將是在火星上前所未有的行動。洞察號將在火星表面的著陸點就地完成其大部分設定的科學探測目標。它的機械臂將攜帶兩台科學儀器直接接觸火星地表展開考察工作。巴內特說:“機械臂將會把地震儀和地熱流探測儀從儀器平台上取下,依次擺放在探測器旁邊的地面上。機械臂本身並不攜帶有鑽頭,但是熱流探測儀會自動向下鑽探,深度可以達到5米左右。”

設備配置

這一火星探測器配備兩個可摺疊的太陽能板,展開後著陸器寬約6米。“洞察”號搭載了三部主要的科學儀器,分別為地震測量儀、溫度測量裝置以及“鏇轉和內部結構實驗儀”。

可防風的地震測量儀靈敏度極高,足以“感知”尺度為氫原子半徑的地面運動,記錄“火星震”或隕石衝擊所引發的震波;溫度測量裝置可通過錘擊到達火星地下3米或更深處,測量火星核心釋放的熱量;而“鏇轉和內部結構實驗儀”可以通過火星與地球間的無線電傳輸,來評估火星繞軸鏇轉產生的擾動,用以提供火星核心大小的線索。

另外,以卡通明星“瓦力”和“伊娃”名字命名的兩顆“雙胞胎”迷你衛星也將與“洞察”號同行,成為首批進入行星際空間的立方體衛星。它們將在“洞察”號著陸時,把遠距離遙測結果直接發回地球。這兩顆衛星的成本約為1850萬美元。

探測器攜帶的第三件科學載荷是RISE,即“自轉和內部結構試驗”探測設備,這是美國宇航局噴氣推進實驗室(JPL)提供的。它將利用探測器的通訊系統精確測量火星的自轉並探查火星的內部結構和組成成分。

在火星上執行考察任務的機遇號火星車在執行一項都卜勒無電線追蹤實驗,這一實驗的原理和RISE設備的實驗非常相似,只是後者的實驗精度將要更高。巴內特說:“RISE實驗設備的工作將和現在利用機遇號火星車進行的實驗非常相似,但是洞察號的設備可以做的更好。”他說:“兩者之間的不同在於我們每周將會做更多更頻繁的追蹤實驗,機遇號由於正值火星冬季,因而電力不足,處於停駛狀態。相比之下,洞察號將可以連續一整個火星年(約合兩個地球年)進行這項實驗,而機遇號的數據卻可能只能覆蓋幾個月。”

除此之外,洞察號還將裝備兩台相機,並將進行一些天氣方面的測量工作。

“在洞察號的機械臂上安裝了相機,在設備平台上也有。所有這兩台相機的主要目的都是為了方便監測將儀器設備放置在火星表面上的操作,當然它們也能用來拍攝探測器周圍的環境景色,不過這些照片都將只有黑白兩色的。將對氣壓,溫度和風速等進行測量,主要是為了用於地震儀數據的噪音修正工作,當然這些數據也將是火星天氣研究方面有用的材料。