洞察火星內部的「洞察」號成功發射

簡介

美國東部時間5月5日7點05分，聯合發射聯盟公司（ULA）使用「宇宙神」5運載火箭，從加利福尼亞范登堡空軍基地成功發射NASA「洞察」號火星著陸器。「洞察號」用於研究火星內部結構，將首次對火星的地殼、地幔、內核等「內部空間」進行探測，尋找表徵類地行星形成過程的證據，探測火星正在發生的構造活動和隕石撞擊。按計劃，「洞察」號將於11月26日著陸於火星赤道附近的埃利西昂平原（Elysium Planitia）。與「洞察號」一同發射的次級載荷「火星立方星一號」（MarCO），是NASA首個行星際立方星任務，將在「洞察」的進入、下降與著陸過程中向地球中繼數據，便於地面測控人員及時了解著陸信息，同時驗證深空立方星技術。

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「洞察」號任務背景

「洞察」號火星著陸探測任務是NASA「發現」計劃的第12項任務，全稱是「利用地震調查、大地測量學和熱傳輸進行內部勘探」 （InSight）。原計劃於2016年3月發射，後因法國空間研究中心（CNES）負責研製的「內部結構地震實驗儀」（SEIS）的真空密封裝置發生泄漏，而錯過2016年的火星發射窗口，發射日期推遲至2018年5月。

NASA噴氣推進實驗室（JPL）負責管理「洞察」號任務和建造MarCO立方星；洛馬公司負責任務巡航級和著陸器的建造；法國空間研究中心和德國航天局負責研製關鍵有效載荷。「洞察」號著陸器花費6.504億美元，「宇宙神」5運載火箭發射費用1.634億美元、法國空間研究中心和德國航天局的有效載荷研製費1.8億美元，總任務成本為9.938億美元。此外，NASA額外花費1850萬美元用於研製2個立方星。

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「洞察」號任務介紹

（1）任務目標

「洞察」任務將通過精密儀器研究火星內部結構，檢查火星的「生命體征」，如使用熱流感測器測試「溫度」，使用地震儀測量火星的地震和隕石撞擊頻率等，以了解太陽系內類地行星的起源和演化過程，回答關於類地行星如何形成的基本問題。

測量火星的內部結構。通過調查火星的內部結構和流程，了解類地行星的形成和演化過程；測定火星內核尺寸、組成和物理形態（液態/固態）；測定火星地殼的厚度和結構；測定地幔的組成和結構；測定內部的熱狀態。

測定目前火星內部構造活動和隕石撞擊頻率。測量火星內部地震活動的規模、速度和地域分布；測量隕石表面撞擊的頻率。

（2） 探測器介紹

「洞察」號總體設計基本沿用了「鳳凰」火星著陸器的思路，質量360千克，太陽能帆板展開寬6.1米，科學平台2米×1.4米。動力由2個圓形光電陣列產生，每個直徑2.15米，由軌道ATK公司生產的超級柔性陣列太陽能電池組成。當「洞察」號降落在火星表面後，太陽能帆板像摺扇一樣展開，為探測器提供能量。

「洞察」號著陸器示意圖

「洞察」號攜帶3台新型科學載荷，並配有機構臂/鑽孔設備、相機等探測設備。「熱流和物理性能組件」（HP3）由德國航天局提供，這是探測火星內部熱流的一套組件，包括能鑽入地下5米的「鼴鼠牽引機」和熱流感測器，以及能量和數據傳輸設備等。「內部結構地震試驗儀」（SEIS）由法國國家空間中心提供, 用於測量火星的地震活動，以及隕石撞擊火星的相關數據，包括隕石撞擊火星表面的頻率。「自轉及內部結構實驗」（RISE）載荷由NASA噴氣推進實驗室研製，利用航天器通信系統，通過精確測量火星的自旋數據，分析和揭示火星的內部結構和組成。

「洞察」號著陸器有效載荷示意圖

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MarCO立方星介紹

與「洞察」號火星著陸器一同發射的還有2顆MarCO立方星，每顆立方星尺寸30厘米×20厘米×10厘米，互為備份。任務小組為這2顆立方星起了綽號，分別叫「瓦力」和「伊娃」，源自電影《機器人總動員》（Wall-E）中機器人的名字。MarCO立方星將使用其摺疊的高增益天線，為「洞察」號進入火星大氣層和著陸火星表面提供數據通信中繼。這是NASA在深空任務中首次對立方星技術進行測試, 以驗證如何利用立方星進一步探索太陽系。

MarCO立方星實物圖

在「洞察」號進入巡航階段後不久，MarCO立方星從宇宙神5的「半人馬座」上面級中彈出，跟隨「洞察」號一起飛向火星。MarCO上安裝了超高頻和X波段天線，可在「洞察」號進入、下降與著陸階段為其提供實時通信中繼。MarCO還將驗證採用壓縮氣體R236FA作為推進劑的推進系統，該壓縮氣體通常用於滅火器。

「洞察」號利用MarCO立方星進行通信中繼

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