“洞察”号火星无人着陆探测器

“洞察”号火星无人着陆探测器(6)洞察号只是作为全部3个参加竞争美国宇航局“发现”计划经费支持的项目之一。“洞察”号原计划2016年3月发射，但由于其搭载的地震测量仪主要传感器出现真空密封不严问题，发射被迫推迟。美航天局之前发布的一份声明说，“洞察”号的预算原本为6.75亿美元，但重新设计地震测量仪加上任务延迟，导致项目成本超过9.93亿美元。^[3]

“洞察”号有两大科学任务

一是通过探测火星内部火震活动的规模、频率和地理分布，以及陨石撞击火星表面的频率，来确定目前火星地质构造活动的级别；二是通过调查火星内部结构和活动过程，研究类地行星的形成和演化过程。“可以说是用CT扫描对火星进行‘45亿年来的第一次体检’”。

探测器于2018年11月26日在火星北半球赤道附近的埃律西昂平原（Elysium Planitia）着陆，然后用机械臂把地震测量仪和温度测量装置永久安置于火星表面。这将是在火星上前所未有的行动。洞察号将在火星表面的着陆点就地完成其大部分设定的科学探测目标。它的机械臂将携带两台科学仪器直接接触火星地表展开考察工作。巴内特说：“机械臂将会把地震仪和地热流探测仪从仪器平台上取下，依次摆放在探测器旁边的地面上。机械臂本身并不携带有钻头，但是热流探测仪会自动向下钻探，深度可以达到5米左右。”^[3][4]

六个具体调查项目

为了窥视火星内部深层结构的奥秘，美国航空航天局为洞察号设定了6个具体调查项目：确定火星地核的大小、组成和物理状态；确定火星地壳的厚度和结构；确定火星地幔的组成和结构；确定火星内部的热态；测量火星内部地震活动的幅度、速率和地理分布；测量火星表面的陨石撞击率。

2019年2月19日起，根据“洞察”号无人探测器提供的数据，美国航天局开始在网上发布火星每日天气报告，提供火星气温、风速、气压等信息。^[4]

2019年3月18日，据美国《科学》杂志报道，“洞察”号着陆器终于将其超灵敏的地震仪置于火星表面。该仪器旨在通过探测“火星震”的轰鸣声来揭示有关火星内部的谜团。几周后，着陆器首次听到了火星上的微小震颤。这种新发现的噪声很可能由来自大气风的低频压力波引起，这些大气风在火星表面呼啸而过，在火星表面产生浅浅的长周期波——瑞利波。^[5]

2018年5月5日凌晨4时05分，搭载“洞察”号火星探测器的“宇宙神”V－401型火箭从位于加州中部的范登堡空军基地3号发射台发射升空，执行人类首个探究火星“内心”的探测任务。^[3]

2018年11月26日，美国国家航空航天局官网发布消息称，火星探测器“洞察号”将于美国时间11月26日，在火星表面着陆。着陆前，它将以19800公里的时速进入火星大气层顶部，并在三条腿落地火星表面之前，慢慢降至时速8公里，相当于人类慢跑的速度。这种急遽减速必须在不到7分钟内完成。^[6]

2018年11月26日14时47分，“洞察”号进入火星大气层，整个进入、降落和着陆的过程在约7分钟内完成。

2018年11月26日14时54分许（北京时间27日3时54分许），美国航天局的“洞察”号无人探测器在火星成功着陆，执行人类首次探究火星“内心深处”奥秘的任务。随后，“洞察”号通过与其同行的迷你卫星于15时许传回了火星的第一张照片。^[7]

2019年7月1日，美国“洞察”号火星无人探测器团队说，已远程操控“洞察”号的机械臂，成功将因故障“搁浅”的测温装置下探长钉的支撑设备移除到一旁，迈出让测温装置重新“上线”的第一步。^[8]

2021年1月8日，美国宇航局（NASA）表示，将“洞察号”的任务延长至2022年12月。着陆器团队将专注于收集地震和天气数据，并可能作为较低的优先级继续研究热探测器问题。^[9]

2021年1月14日，NASA宣布洞察号的热流探测仪经过多次抢救无效，将放弃打洞，告别火星探索舞台。^[10]

2022年5月17日（当地时间），美国国家航空航天局（NASA）宣布，“洞察”号火星着陆器在2022年夏季晚些时候结束科学操作，预计到2022年12月着陆器失效。^[11]

2022年12月21日（当地时间），美国航天局宣布，“洞察”号无人探测器在对火星进行长达4年多的科学探测之后，任务正式终结。^[2]

巴内特是宇航局喷气推进实验室的专家，他说：“洞察号基本是白手起家，但是其设计基本遵从了先前凤凰号的蓝图。”他的小组这样利用已经被证明为可靠的旧有设计蓝图将省去重新进行设计的步骤，从而大幅削减项目成本。不过他也说：“这台探测器的机械臂和凤凰号的很像，但是并非完全相同。”并且洞察号探测器的着陆地点和考察目标也和凤凰号有所不同。

洞察号将搭载完全不同的3种科学载荷，包括两台由欧洲提供的仪器，专门设计用于探查这颗红色星球的核心深处，从而了解与其形成过程相关的线索。它将探测这里是否存在任何地震现象，火星地表下的地热流值，火星内核的大小，并判断火星的内核究竟处于固态还是液态。巴内特说：“地震仪设备（即SEIS，全称为‘内部结构地震实验’）由法国提供，地热流值探测仪（HP3，即热流和物理属性探测仪）则由德国提供。”洞察号探测器计划中将降落在火星靠近赤道的温暖地带，从而保证它的任务期可以达到两年左右。

这一火星探测器配备两个可折叠的太阳能板，展开后着陆器宽约6米。“洞察”号搭载了三部主要的科学仪器，分别为地震测量仪、温度测量装置以及“旋转和内部结构实验仪”。

可防风的地震测量仪灵敏度极高，足以“感知”尺度为氢原子半径的地面运动，记录“火星震”或陨石冲击所引发的震波；温度测量装置可通过锤击到达火星地下3米或更深处，测量火星内核释放的热量；而“旋转和内部结构实验仪”可以通过火星与地球间的无线电传输，来评估火星绕轴旋转产生的扰动，用以提供火星内核大小的线索。

另外，以卡通明星“瓦力”和“伊娃”名字命名的两颗“双胞胎”迷你卫星也将与“洞察”号同行，成为首批进入行星际空间的立方体卫星。它们将在“洞察”号着陆时，把远距离遥测结果直接发回地球。这两颗卫星的成本约为1850万美元。

探测器携带的第三件科学载荷是RISE，即“自转和内部结构试验”探测设备，这是美国宇航局喷气推进实验室（JPL）提供的。它将利用探测器的通讯系统精确测量火星的自转并探查火星的内部结构和组成成分。

在火星上执行考察任务的机遇号火星车在执行一项多普勒无电线追踪实验，这一实验的原理和RISE设备的实验非常相似，只是后者的实验精度将要更高。巴内特说：“RISE实验设备的工作将和现在利用机遇号火星车进行的实验非常相似，但是洞察号的设备可以做的更好。”他说：“两者之间的不同在于我们每周将会做更多更频繁的追踪实验，机遇号由于正值火星冬季，因而电力不足，处于停驶状态。相比之下，洞察号将可以连续一整个火星年（约合两个地球年）进行这项实验，而机遇号的数据却可能只能覆盖几个月。”

除此之外，洞察号还将装备两台相机，并将进行一些天气方面的测量工作。

“在洞察号的机械臂上安装了相机，在设备平台上也有。所有这两台相机的主要目的都是为了方便监测将仪器设备放置在火星表面上的操作，当然它们也能用来拍摄探测器周围的环境景色，不过这些照片都将只有黑白两色的。将对气压，温度和风速等进行测量，主要是为了用于地震仪数据的噪音修正工作，当然这些数据也将是火星天气研究方面有用的材料。

最后部署的仪器是HP3（Heat Flow and Physical Properties Package，热流和物理特性包），用于测量火星内部的热量，这些热量来自于行星形成的剩余以及放射性元素的衰变。这与形成火星表面、形成太阳系中一些最高的山峰和高度是珠穆朗玛峰三倍的火山所需的热量相同。最重要的是，限制热流将有助于解决一系列问题，例如火星、地球和月球是否像科学家所认为的那样由同一物质演变而来，以及当前火星在地质上的活跃程度等。^[12]

2021年12月14日，中国工程院院刊《工程》组织评选的“2021全球十大工程成就”在北京发布，洞察号火星登陆探测器入选。^[13]