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人类首次洞察火星“内心”

2018-11-28 09:20来源:科技日报

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  据美国国家航空航天局(NASA)官网11月26日报道,北京时间11月27日凌晨3时54分,该机构的“洞察”号火星探测器结束了为期6个月的旅程,航行4.84亿公里,成功着陆于火星赤道以北平坦广阔的艾利希平原上,成为人类派出的第一个倾听火星“内心”的使者。登陆后不久,“洞察”号就传回了火星的第一张图像。

  NASA局长吉姆·布里登斯廷说:“我们的航天器第八次成功登陆火星,‘洞察’号将研究火星内部,并将为我们提供有价值的信息。”

  倾听火星“内心”

  NASA已朝火星派出不少使者,如“勇气”号、“机遇”号、“好奇”号等,但这些设备研究的都是其表面和大气层的情况。为进一步了解火星的内部情况,比如火星内核由什么构成,地质活动有多活跃等,我们必须深入火星地下,这是科学家派遣“洞察”号的原因所在。

  “身价”8.5亿美元的“洞察”号于今年5月5日发射升空。NASA科学任务理事会行星科学部代理主任洛瑞·格拉兹说:“现在我们终于将探索火星内部——火星地壳、地幔和地核。”

  “洞察”号将主要进行三项研究:一是通过“内部结构地震试验”(SEIS)仪器,测量火星地震以及由陨石撞击引发的震颤,借助收集的振动数据,绘制火星内部各层情况,相关分析结果或有助于识别出液态水或羽状物;二是借助一对极其精准的无线电发射机,确定“洞察”号在太空中的详细位置,观察它如何移动,并逐渐绘制火星旋转的微小抖动。这些抖动反映了火星的内部结构,特别是其内核是固体还是液体(晃动更厉害);三是利用“热流和物理学性能探测套件”(HP3)测量热量如何上升,帮助找出热量来自何处,并研究热量如何流过周围岩石,了解更多有关火星岩石的情况。

  科学家将解读这些数据,了解火星的历史、内部构造和活动,从而解答行星和太阳系科学领域最根本的问题之一——太阳系内包括地球在内的岩石行星是如何形成和演化的。

  迷你卫星报平安

  “洞察”号前往遥远的火星,一举一动都牵动着工程师们的心。为确定探测器是否安全着陆,他们通常需要一颗通讯卫星,在恰当的时间在探测器头顶掠过,将数据传回地球。

  此次,“洞察”号携带的“火星立方体1”号(MarCO)就充当了“小广播”。MarCO是六单元的立方体卫星,包括两颗迷你卫星“瓦力”(Wall-E)和“伊娃”(Eva),这是立方体卫星技术在深空的首次亮相和测试。此次着陆成功后,“伊娃”拍摄了首张火星地图。

  MarCO系统工程师安妮·玛丽娜说:“我们正为MarCO的下一次测试做准备,届时,它将作为一种新型星际通信中继模式。”

  格拉兹表示:“‘洞察’号在火星安全着陆令人兴奋,但着陆之后的表现和收集到的数据更令人期待。它将开始收集有关火星内部结构的有价值信息,这些信息将帮助我们了解包括地球家园在内的所有岩石行星的形成和演变历程。”

  火星探测成功率仅为50%

  火星距离地球最近时也有大约5000万公里,而探测器抵达火星需要飞行几亿公里,对发射、轨道、控制、通信和电源等技术都有很高要求。

  全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩向科技日报记者介绍,登陆火星任务分为发射、巡航、下降和着陆、表面操作四个阶段,不少探测器都在下降和着陆阶段“阵亡”。人类迄今为止共发射40多个火星探测器,成功率仅为50%左右,因而有人把火星称为“探测器坟场”。

  庞之浩说,火箭的运载能力、入轨精度和可靠性是火星探测的重要前提。最好用大推力运载火箭,把探测器加速到每秒11.2公里的第二宇宙速度,直接进入地火转移轨道,否则需要消耗探测器自身燃料和更长的飞行时间加速,会影响探测器寿命。在我国公布的火星计划中,将使用目前推力最大的长征五号火箭实施发射。

  由于距离遥远,通信也非易事。庞之浩说,从地球发送到火星的无线电信号,单程延时约20分钟,这需要探测器具有很强的自主控制能力。

  同时,相比月球探测器,火星探测器要进行更多次、更精确的轨道修正,才能准确到达目的地。庞之浩说,如果探测器在地火转移轨道近地点有每秒1米的速度差或1公里的高度差,到达火星附近时的位置误差可达10万公里。美国“勇气”号在降落火星前,先后修正了4次航线。

  靠近火星后,探测器需要精准地进入火星轨道,这一动作被形容为“从巴黎打一颗高尔夫球,一杆落入东京的球洞”。庞之浩说,探测器切入火星轨道过程中,如果切入点离火星略远,则无法被火星引力捕获;如果切入点太近,则可能闯进火星大气层坠毁。

  目前,探测器在火星软着陆方式主要有三种:一是气囊弹跳式,这种方式简单、成本低,但只能满足重量较小探测器的着陆要求,且着陆精度不高;二是反推着陆腿式,该方式较复杂、成本高,但能满足重量较大探测器的着陆要求,且着陆精度较高;三是空中起重机式,这种方式最为复杂,成本最高,技术最先进,可满足重量更大的探测器软着陆要求。迄今为止所有的火星着陆器全部采用刚性减速器和“盘—缝—带”降落伞方案,完成超声速减速工作。

  然而,由于火星密度太小,载人火星飞船的重量过大,现有的三种着陆方式都无法使用。为此美国正在研制新的火星着陆装置——“低密度超声速减速器”。庞之浩介绍,当着陆器以大约3.5马赫的速度进入火星大气时,该装置能像夏威夷气鼓鱼一样迅速充气,以增加空气阻力,将着陆器的速度减至2马赫。此时直径33米的巨型超声速环帆降落伞打开,帮助着陆器安全着陆。(记者 刘 霞 付毅飞)

[责编:毕孝斌]

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