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“洞察”号发射,带着两颗迷你卫星一起去了火星

马若飞2018-05-07 19:11:24

这是一个专门研究行星物理学的火星探测器,也是迷你卫星第一次离开地球轨道。

当地时间 5 月 5 日 4 时 05 分,美国航空航天局在美国加利福尼亚州范登堡空军基地用一枚联合发射联盟“宇宙神 5 号”火箭,在浓雾中发射了由 NASA 喷气推进实验室管理,洛克希德马丁太空系统公司制造的“洞察”号(Insight)火星探测器。

“洞察”号在浓雾中发射

“洞察”号是一台不能移动的固定式火星登陆器,包含隔热罩、太空飞行服务舱、降落伞等附件的发射总重 721 千克,降落至火星表面的着陆重 358 千克。“洞察”号带有三个可伸缩的支腿,太阳能电池板完全展开的工作姿态类似于两张拼在一起的实心乒乓球桌。

“洞察”号的 Logo 抽象化的表现了这趟飞行的核心任务:行星物理学探测。“洞察”号的 Logo 主体是三个红色同心圆环,从外到内颜色逐渐变浅,代表火星从外壳到核心的内部结构。Logo 还包含三个白色同心半圆,圆心位于“火星地表”,代表“洞察”号携带的行星地震测试仪器 SEIS 发出的地震波。

垂直运输的火箭整流罩,上面是“洞察”号的任务图标

这台官方名为“内部结构地震仪”(SEIS)的仪器是“洞察”号主要的科学载荷之一,有法国宇航局主导设计,主要通过监测火星上的地震波,研究尚不清楚的内部火星结构。这台仪器内部被设计成真空环境,制造难度极高。2015 年准备交付时发现真空泄漏,“洞察”号的任务也因此从 2016 年 3 月推迟到 2018 年 5 月。

除此以外,“洞察”号还有一系列的仪器,将研究火星的地热、自传轨道进动、来自两颗卫星的重力信号等科学数据。通过对火星幔层、核心状态、自转轨道变化等的研究,可以加深对包括地球在内太阳系固体行星的了解,因为按照目前的理论,太阳系的岩石行星都是同源的 ,都诞生于早期太阳系的炽热星云物质中。

制造商洛克希德马丁的“洞察”号任务经理 Stu Spath 与“洞察”号全尺寸模型

“洞察”号是目前人类送往火星的探测器中,第一个主要研究行星物理学的探测器。过去登陆火星表面的探测器主要进行的是行星地质研究,主要的研究方式是对岩石和土壤进行钻孔和挖掘。

除此以外,“洞察”号还是第一个将微型卫星应用在行星际探测的科学任务。

这次发射的“宇宙神 5 号”火箭除了在第二级火箭顶端携带的“洞察”号探测器之外,在第二级火箭尾部靠近发动机的位置,还设计了一个额外的小型弹射器,在“洞察”号脱离火箭之后,将两枚微型立方体卫星 Cubesat 发射向火星轨道。

Cubesat 是加州理工州立大学和斯坦福大学在 1999 年开发的卫星标准。这种卫星主要的特点是微型,Cubesat 的最小单位是 10 厘米见方的结构,可以根据任务任意累加。这种卫星大量使用通用电子部件,某些低成本任务也有使用改造过的手机主板的案例。总的来说,这种卫星的目标是廉价但短时间的任务,通常利用大型火箭发射的冗余空间搭车发射,目前地球轨道上已经有 800 多颗类似的卫星运行。

Mars Cube 任务的首席工程师 Andy Klesh 与 Mars Cube One/Two 全尺寸模型

跟随“洞察”号前往火星的两颗微型卫星 Mars Cube One 和 Mars Cube Two 以 Pixar 动画电影 Wall·E(机器人瓦力)中的两位主角 Wall·E 与 Eva 为名,从轨道上发射之后将自主飞往火星,飞行轨迹与“洞察”号类似,使用冷气推进发动机调整航线,将在 6 个月后进入火星轨道。

Wall·E 与 Eva 的主要任务是进行中继通信测试。这两颗卫星结构相同,大小为 6 个 Cubesat 单位,安装有特高频 UHF 天线和两块太阳能电池板,主要任务是在火星轨道上为“洞察”号转发信号:“洞察”号将信号以 8Kb 每秒的速度发送至 Wall·E 与 Eva,两颗小卫星将以 UHF X 波段信号传往地球。

要注意的是,Wall·E 与 Eva 并不是“洞察”号的主要任务,“洞察”号上装有高增益天线,可以将信号直接发回地球。Wall·E 与 Eva 将主要测试微型卫星前往深空过程中的可靠性,同时测试在地球和火星遮挡住“洞察”号与地球的直接通信时,它们的中继通信效果。简单的说,Wall·E 和 Eva 是两颗廉价的火星通信卫星,仅为“洞察”号服务。

工作状态的“洞察”号/CG 模拟图

如果一切顺利,“洞察”号将在六个月的飞行后,于 2018 年 11 月 26 日进入火星轨道,借助锥形隔热罩进行空气动力减速和超音速降落伞减速之后,降落在火星赤道附近的埃律西昂平原(Elysium)上。这块区域非常平坦,是火星火山运动造就的熔岩平原,平原上有火星上古时代液态水流动留下的河道遗迹,卫星探测认为地表下可能有遗留的水冰。

“洞察”号预计在火星上运行两年,两年后的 2020 年将有一波火星探测的高潮:

  • ExoMars 漫游车:欧洲空间局计划发射,主要研究地质学的移动探测器
  • 火星 2020 漫游车(暂定名):NASA 计划发射,主要研究天体生物学的移动探测器
  • “萤火”2 号:中国国家航天局计划发射,包含一个可以移动的火星漫游车和在轨运行的轨道器
  • “希望”号:阿拉伯联合酋长国计划发射,主要进行大气研究的火星探测卫星


图片/NASA

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