美國燒了8.3億美元，就為了去火星「玩泥沙」？
原標題：美國燒了8.3億美元，就為了去火星「玩泥沙」？
洞察號著陸器於2018年5月5日發射升空，經過205天的旅行，在外太空零下269℃下，航行了3.01億英里，於北京時間11月27日凌晨3時54分著陸火星。
洞察號火星著陸器由洛克希德馬丁公司建造，是NASA發現計劃（Discovery Program）的一部分，該任務由NASA噴氣動力實驗室（JPL）負責管理。這是時隔六年多，NASA的探測器再次著陸火星，上一次是北京時間2012年的8月6日，好奇號著陸火星。
▲NASA任務控制現場
你是否知道，這一耗資8.3億美元的探測器，花了六個月時間飛行，克服1500度的高溫、火星大氣層中的狂風，居然是去火星「玩泥沙」？
▲上圖展示了洞察號配備的火星土壤層鑽探設備
這是因為，美國宇航局的洞察號火星探測器，它的任務就是去考察火星地表下方土層內部的情況！
洞察號會像小朋友「玩泥沙」一樣，在火星土壤里挖開一個洞，看看裡面究竟有什麼。也許它會發現生命的跡象，也許它會找到獨特的礦物，也許它會探測到火星地震等信息，讓我們拭目以待。
為了實現「玩泥沙」，洞察號要克服無數的困難，特別是降落到火星表面的14分鐘，一連串的嚴峻挑戰，任何一個都能徹底摧毀洞察號！
▲洞察號著陸器經受高溫灼燒考驗
這一耗資8.3億美元的火星探測器，因為飛行到了遙遠的火星，傳回無線電信號也要好幾分鐘，因此實際上無數科學家們只能在它開始降落前準備好一切，此後的操作只能聽天由命，指望洞察號的自動降落功能克服所有難題。一個錯漏，洞察號火星探測器就會毀於一旦。這並不是少見的事情，歐洲聯盟以及蘇聯時代的火星探測器都多次出錯，甚至直接砸碎在火星表面上。有三分之一的火星探測器，在著陸時損毀，不過美國探測器的成功率要明顯好一些。
2018年5月24日，洞察號從美國范登堡空軍基地發射，僅僅飛近火星就用了6個月。
洞察號在接到地球命令，開始著陸後，著陸器部分與航天器部分分離，著陸器開始降落。
▲洞察號航天器
此時地面的美國宇航局指揮人員已經無法再進行任何操作，因為發給著陸器的無線電信號傳輸時間過長，因此來不及控制這一迅速變化過程中的著陸器，只能依靠自動降落功能。
著陸器在進入火星大氣層的初段，要經歷1500度的高溫灼燒。這是因為它自身在環火星軌道上高速飛行，因此著陸器部分與軌道器脫離、進入大氣層時會與空氣摩擦，產生高熱。此時，洞察號著陸器依靠一個與中美俄飛船類似的寬大耐熱大底，一方面產生阻力降低速度，一方面將高熱與主體隔開。
儘管有這一大底，著陸器的進入大氣層軌道仍需精心選擇，角度相對於表面約12度。太接近垂直的話，過度的高溫燃燒會燒毀著陸器，角度太接近平行，可能沒有產生足夠阻力，著陸器飛回太空，無法再次進入大氣層。這一隔熱大底需要承受1500攝氏度的高溫，而它是減速剎車過程中的第一個環節。
在著陸器飛行到地表11000米高度時，著陸器會放出降落傘，這是第二個降低速度的設備，稍後拋掉大底。
這個降落傘，是一個可以在超音速狀態下使用的大型降落傘，這時著陸器速度依然高達每小時1400公里，真材實料的超音速。
在大底拋掉後，洞察號著陸器伸出三條支撐腿，做好觸地準備。幾乎同時，著陸器啟動一個雷達，不斷測量自身與地表的距離，這是為了使出最後一個減速的絕招。
這個絕招，就是著陸器底部的12個減速火箭。在使用它們之前，著陸器需要拋掉降落傘和上方保護罩，這時著陸器以驚險的自由下落狀態沖向地面。
但在不到1秒的時間裡，12個減速火箭點火工作，保證著陸器降落到只有8小時／公里，同時能夠修正姿態、對準雷達精確探測到的最佳著落點。
在火箭作用下，著陸器穩穩的落在火星表面，給地球發出自己安全著陸的報喜信號。然後向著自己下方的地面，拍下第一張照片，發回地球。
在美國宇航局直播中，當地球指揮人員獲得第一個報喜信號時，高興的宣布「著陸成功，已確認！」隨後，美國宇航局發布了洞察號著陸器發回的第一張照片，令人激動！
▲洞察號傳回的首張圖片
隨後，洞察號著陸器打開多個圓形太陽能板，開始其為期兩年的地面探測任務，包括鑽入火星土壤深處，研究地表下的地質情況，記錄地震信息等等。
另外，與洞察號一起前往火星的還有立方體衛星（CubeSat）技術公司的兩顆立方體衛星，稱為火星立方星一號（MarCO），旨在為未來的任務提供通信和導航功能，並可能有助於洞察號的通信，這也是立方體衛星技術公司在深空環境下首次測試其立方體衛星。
▲地球和月球，5月9日由MarCO立方體衛星拍攝，右邊是它的高增益天線，這是它傳回的首張照片。
▲JPL工程師Joel Steinkraus和MarCO立體衛星，左邊是摺疊起來的衛星，右邊是太陽能板完全展開的衛星，頂部是高增益天線。
MarCO有助於為NASA提供快速通信能力，可以快速知道探測器登陸火星後的狀態信息。 一個立方體衛星的基本單元大約是10厘米（4英寸）的方塊，MarCO的設計是一個六單元的立體衛星，尺寸大約是36.6厘米（14.4英寸）乘 24.3厘米（9.5英寸）乘11.8厘米（4.6英寸），大約一個公文包大小。
▲MarCO提供通信中繼，以便洞察號著陸火星後，快速告知地球。
在洞察號進行進入，下降和著陸（EDL）操作期間，著陸器將在超高頻（UHF）無線電頻段，將信息傳送到飛越其頭頂的火星勘測軌道飛行器（MRO）。MRO隨後會將洞察號的EDL信息在X波段傳回地球。MRO不能同時在UHF波段接收信息，又在X波段發送信息。
▲兩顆立方體衛星火星軌道模擬圖
另外當MRO不在洞察號頭頂上方時，它們之間就無法通信，這就會帶來延遲。而MarCO的兩顆立方體衛星，在UHF波段（僅接收）和X波段（接收和發射），可為洞察號提供及時的中繼信息服務。
洞察號火星探測器成功降落火星地表，也將為人類帶來更多、更詳盡的火星信息，讓我們更加了解這一最接近地球的兄弟行星！
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