立即下载 知乎日报 每日提供高质量新闻资讯

一位伟大的火星地球物理学家即将出发,登上火星

图片:《机器人总动员》

NASA 直播火星探测器「洞察号」登陆火星,有哪些看点?

haibaraemily,公众号:haibaraemily_planets

出品:科普中国@中国科普博览

制作:haibaraemily

监制:中国科学院计算机网络信息中心


NASA 的新一代火星着陆器洞察号将于北京时间明天(11 月 27 日)凌晨登陆火星

洞察号使命是探测火星的内部结构。如果说好奇号是迄今为止最伟大的火星地球化学家和地质学家的话,那么洞察号将会是火星第一位伟大的火星地球物理学家。(前情提要:NASA 洞察号发射升空:火星探地黑科技,太阳系的时光机

这也是本次 2018 火星发射窗口内的唯一一个火星任务,那么这次着陆有哪些看点和值得期待的地方呢?

洞察号将如何着陆?

不同于月球,火星有微弱的大气层(不足地球的 1%),虽然不多,但总好过没有。所以火星探测器的着陆过程中还是会充分利用这一点点大气层来缓冲减速

着陆火星的探测器需要经历上千个步骤,但大体来说都有这么几个主要阶段:

  • 着陆舱与巡航段分离
  • 进入大气层
  • 打开降落伞、扔掉隔热盾
  • 与降落伞分离
  • 缓冲着陆
  • 开始传回讯号、打开太阳能板(如果有的话)

洞察号整体机身的设计很大程度上直接继承了之前的凤凰号着陆器,它的着陆过程也和凤凰号几乎一样。

所以我们可以直接参考凤凰号是怎么着陆的。

凤凰号的着陆模拟动画

凤凰号的着陆模拟动画。来源:[1],剪辑:尞祡

嗯…隔热盾 + 降落伞 + 反冲火箭,非常 old school 的着陆方式了…已经用了 50 多年…

当年好奇号用了空中吊车黑科技主要是因为它实在太重了,有将近一吨…而只有不到 400 公斤的洞察号当然就用不着这么费劲了…摊手…

恐怖 7 分钟

说起来,NASA 在着陆火星方面一直保持着遥遥领先的成功率,但直到今天,着陆火星依然是一件极其危险、生死难卜的事儿,即使是 NASA 也不敢掉以轻心。

从 1960 年人类第一次尝试发射火星探测器以来,到洞察号之前,一共有 14 次火星着陆任务成功进入了火星大气层,但只有 7 次任务成功着陆并顺利开展探测工作——成功率只有 50%

即使到了着陆技术已经相对成熟很多的近 20 年,也依然有NASA 的火星极地着陆者号、深空 2 号,欧空局的小猎犬 2 号、斯基亚帕雷利号的遗憾失败

具体到这次的洞察号。从进入火星大气层到着陆火星表面,洞察号的这一着陆过程大约会持续6 分 45 秒(比花了 7 分 12 秒的好奇号要短一点点,除了着陆策略的差异之外,最主要的原因是好奇号的着陆点的地势比洞察号要低上近 2000 米[2])——这也是传说中的“恐怖 7 分钟”(7 Minutes of Terror)[3],因为这一过程的上千个复杂操作都只能在预先设置好参数之后完全由探测器自主完成,甚至中间有几个阶段信号都会中断。

成功或者失败,都只能等到探测器着陆之后传回了信号才会知道——远在地球上的人类除了等待之外,无能为力

毕竟从探测器刚进入大气层之前传回的信号,最快也要 8 分多钟之后才能到达地球——那时候无论成败,都已经尘埃落定。

不过呢,目前为止这 7 次成功的任务全部都是 NASA 的…这也算是一种实力背书了…成功与否,让我们一起屏住呼吸,拭目以待吧。

洞察号将着陆在哪里?

经过长达四年的考察和探讨,洞察号最终选定了北半球埃律西昂平原西部这片平坦的赤道区域,距离好奇号的探测区也很近。

但是呢,预计着陆区只是一个椭圆形的范围,也就是说,洞察号实际会着陆在这个圈圈里的哪个位置,还是有很大的不确定性,毕竟着陆阶段是探测器完全自主着陆的嘛。

所以洞察号究竟会着陆在哪里,只能等到着陆之后传回了更多信息才能知道

机器人总动员

半年前,和洞察号同时发射的还有两颗立方星,叫做 MarCO-A 和 MarCO-B,这也将是头两颗造访地球以外的其他行星的立方星

它们还有更萌的昵称,分别叫做“瓦力”和“伊娃”。两颗立方星都是采用压缩气体的方式来在太空中完成推进的,和电影《机器人总动员》中的瓦力一样[4]。

两颗立方星长这样…

哦不对,上错图了…是长这样…

这两颗立方星要做什么呢?

它们的使命是在洞察号着陆期间承担洞察号和地球之间的通讯中继工作,在第一时间向地球传回洞察号的着陆状况甚至洞察号着陆后拍摄的第一张照片。也就是说,如果顺利的话,洞察号着陆 10 分钟后,地球上的我们就可以收到第一张洞察号拍摄的照片了!

瓦力和伊娃能成功完成任务吗?只能等待明天才能揭晓答案了。

五方联动

那么地球上的我们什么时候才能知道洞察号的着陆结果呢?这将是一场五方联动的盛会。

如果瓦力和伊娃给力的话,着陆 10 分钟之后就可以知道了。

如果不那么顺利呢?也没关系。

洞察号着陆之后也会立刻向地球发回无线电信号,差不多着陆后 8-10 分钟后,美国国家射电天文台马普所的射电望远镜就可以接收到信号并传回 NASA。通过传回的多普勒频移信号,我们可以知道洞察号是否顺利减速到了 0,也可以知道洞察号的通讯系统是否完好,不过更进一步的信息则还需要洞察号更晚些时候才能向地球汇报了[5]。

火星勘测轨道飞行器(MRO)也会在洞察号的整个着陆阶段对洞察号进行跟踪,充当洞察号与地球的通讯中继,只不过它不能像瓦力和伊娃那么及时地传回信息。如果顺利的话,地球上的我们可以在北京时间 7 点之前收到来自 MRO 的讯息[5]。

洞察号着陆约 20-30 分钟后才会打开太阳能板,而着陆 5 个多小时后则会与在轨的火星奥德赛号轨道器取得联系,后者也同样会充当通讯中继的角色。如果顺利的话,地球上的我们可以在北京时间 9 点 30 分之前收到来自奥德赛号的洞察号是否顺利打开太阳能板的讯息[5]。

有那么多激动人心的时刻等待揭晓,明天凌晨 3 点半不见不散~

想要早起看直播的朋友们收好传送门哦:

https://mars.nasa.gov/insight/timeline/landing/watch-online/

致谢

本文感谢知友 @鸑鷟鹓鶵、 @太空精酿、 @尞祡 对本文提升所做的帮助~

“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。

本文由科普中国融合创作出品,转载请注明出处。

参考资料

[1] YouTube | Phoenix Mars Lander-Launch & Landing Animation

https://www.youtube.com/watch?v=K_QndDGc82Y

[2] What to Expect When InSight Lands on Mars

http://www.planetary.org/blogs/emily-lakdawalla/2018/mars-insight-landing-preview.html

[3] Curiosity - 7 Minutes of Terror

https://www.jpl.nasa.gov/infographics/infographic.view.php?id=10776

[4] NASA Engineers Dream Big with Small Spacecraft

https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7101

[5] NASA | How NASA Will Know When InSight Touches Down

https://mars.nasa.gov/news/8385/how-nasa-will-know-when-insight-touches-down/

扫描二维码下载知乎日报

支持 iOS 和 Android
二维码下载知乎日报
阅读更多 东北人打从出生就带着一个魔咒,凡是过节就都要吃饺子 下载 「知乎日报」 客户端查看更多