人类取超过止星物种最靠近的一刻——洞察号抵达火星

​​​洞察号火星着陆器在2018年5月5日动身，花了205天时间、飞行4.8亿千米，美国东部时间2018年11月26日乐成降落火星外貌!2019年2月5日小行星使命完结。今日，我们近间隔打仗一下让人类间隔成为一个能超过行星生存的物种，最靠近的那一步——洞察号抵达火星。

一、人类火星探测简史

太阳系有个宜居带的观点：在这个区间内，大概稳健存在液态水，可以或许生孕生命。当早期天文学家们提出这个观点时，他们以为地球母亲和她的邻人金星、火星，都有大概存在生命。

金星与地球看起来个头和质量都非常靠近（相差在10％左右），成为我们最大的理想，中国古代把她叫做启明、太白，西方还叫她为爱神维纳斯，乃至科幻小说中都把她看成人类踏出地球第一选择。在人类进入苏联与美国的太空比赛期间，苏联押了鼎祚赌上金星探测，了局非常悲凉：金星只是个周身400多摄氏度、气压是地球92倍、二氧化碳含量96.5％（地球仅为0.04％）的太阳系最大炼狱。

火星、地球与金星真实比例比拟（图自：NASA）

火星看起来是个小不点（仅有地球15％），间隔地球更远，通身因为遍及存在的氧化铁变得荧荧如火，在西方成了瘟疫战役之神，在东方荧惑守心也是最为不祥的地点。究竟上火星的情形也不睬想：大气压只有不到地球1％、没有磁场爱护、平常零下几十度，但炎天能到20-30度、南北极拥有海量的干冰和水冰，比金星着实好太多了。美国押宝了火星，不但实现了第一次飞掠使命（1965年水手四号）、第一次围绕使命（1971年水手九号）、第一次乐成软着陆（1976年维京海盗一号），还乐成击败了苏联。

但是随着这些早期探测器的研究，家人们惊异的发觉：火星的心已经凉了，她的体积质量太小，维持不住本身的温度，在快速丢失大气、磁场、水分，变得孤寂不已。且在探测她的历程中，人类也丧失惨重。

二、火星探测，很幸福，也劳绩很大

火星间隔太阳更远，轨道周期为687天，每隔780天才气和地球会集一次，这意味着人类每隔2年2个月时间才迎来一次探测窗口。

洞察号火星着陆器霍曼转移轨迹

这并不是唯一的拦阻，人类的科技依旧很弱，很难摆脱地球引力的束缚，即便用壮大的火箭前去火星也必要诚实遵照一个叫做霍曼转移的方法：走完一个外切地球轨道、内切火星轨道的半个椭圆，时长为6-11个月不等。即便洞察号遇上了15-17年一遇的火星大冲（间隔地球近来），依旧用了6个多月时间。假如将来载人登岸火星，乃至必要等候下一次窗谈锋能返来地球，总时长在3年左右。

在已往的60年内，人类探测火星只有50％左右乐成率，像洞察号一样实验最简洁的火箭反推方法、但不幸着陆失败的，都有苏联的火星2号/3号/6号，美国的极地登岸者号/深空二号，欧洲的小猎犬2号/斯基亚帕雷利号，的确惨不忍睹。

洞察号到达之前的火星着陆邦畿（数据泉源：MOLA，制图：Haibaraemily）

但是，厥后乐成的探测器却在火星得到了让人惊讶的回报：水手9号发觉了太阳系最高的奥林帕斯山和最长的水手峡谷，环球勘察者号发觉了冰川、湖泊和沟渠存在的陈迹、奥德赛号发觉了遍及存在的地下水分、火星快车号乃至发觉了庞大的地底湖泊、奇怪号发觉了甲烷类有机物存在的直接证据，在本日洞察号乐成之前，仍在火星上事情的美国探测器已经高达6部。

但它们没有一个能深入火星泥土，感觉她的心。

因而，人类火星研究还差一个焦点内容：火星的心，究竟是不是凉的？

三、洞察号，为打开你的心扉而来

为增补之前火星探测使命没有做过的事变（探测火星的内部地质情形），洞察号重要携带了开始进的行星地动仪（火震仪）和热流侦测器，深入火星内部。笔者曾跟NASA相干卖力人交换过，单是热流侦测器就必要通过奇特的打井式布局设计在数月时间内像一个小甲虫一样不停往下挖，终极钻下5米左右。将来时间内，它的重要事情将是揭开火星内部热流的神奇面纱，感觉她的心。火震仪也将感觉火星内部一丝一毫的震惊。

洞察号将会“深入地底”，研究那边深藏的隐秘（图自：NASA）

别的，洞察号还将携带一个小型双星编队飞掠火星，它们仅能实行飞掠使命无法进入火星轨道，不外它们将验证最新的深空探测及时通讯和新频段通讯技能，此次火星着陆使命能险些第临时间传回地球（究竟上照旧颠末了数分钟的耽误，这已经是最低限度）便是它们的劳绩。随后它们将在火星引力的作用下，被甩向宇宙深处，从今死亡。

这种黑科技也造价不菲，即便洞察号是基于2007年凤凰号火星探测器的平台进展而来大大淘汰了研发用度和相干本钱，但因为后续的全部新仪器和放射用度最终照旧高达8.3亿美元，让人不禁对火星探测的用度再次咂舌。

NASA也没有白费这个千载一时的科普时机，在洞察号动身前曾经颠末了大张旗鼓的征名运动。NASA公布在洞察号使命的芯片储存区间里留出一块给全部情愿“前去”火星的人：你可以注册下本身的名字。NASA网络了凌驾240万个名字刻进洞察号的储存器里，随着洞察号一路飞向火星，并将永久留在那边。

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四、今日的去世亡七分钟着陆，究竟有多难？

火星间隔地球近来时也在6000万公里级别，这已经意味着至少400秒的来回通讯耽误，而现实着陆时间隔更远、时间弘远于此，跟月球着陆仅2秒多的通讯耽误可谓天壤之别，这就意味着航天器着陆历程一定全部自主完成。

洞察号抵达时没有动力大幅度调解轨道，只能马上突入火星大气，从开始进入火星大气边沿到终极火星着陆，只有7分钟左右时间。火星大气淡薄，但因为速率庞大意味着摩擦依旧能孕育发生许多热量，且热量会不停在航天器外貌积存，依旧可以或许抵达惊人的1500多摄氏度。这些身分综合在一路，导致火星的降流浪度乃至凌驾地球。

困难从来不是航天科学家们畏缩的捏词，他们会穷尽统统技能完成制服火星的使命，将着陆火星分成了几个重要步调（现实上有1000个左右细节步调）。

靠近火星：包裹的严严实实的探测器抵达火星周边约3000千米，时期探测器连结与地球的联络，最终一遍确认各个体系正常事情；

着陆器分散：着陆部门依旧携带通讯和帮助装置，在1000多千米高处二者完全分散。自此之后，洞察号“失联”，剩下的15分钟旅程一定靠本身走；

调解姿态：仅仅7分钟后，洞察号就已经飞到了火星上空125千米处。它开始向着陆目的进发，时期姿态操纵喷气发动机事情，严厉操纵着陆轨迹角度与偏向。它的盘算机开始快速盘算以现在这个角度入轨时孕育发生的热量，以免凌驾隔热层能忍耐的极限；

冲进大气：调解完角度后，探测器开始以近5500米/秒速率打击进火星大气，七分钟的“去世亡之旅”正式开始！

焦点降落步调（图自：NASA；译制：Haibaraemily）

海水与火焰：在50千米高度处，探测器隔热层热量到达顶峰，它的温度到达了惊人的1500摄氏度，而此时它一定寄托隔热层复合质料升华而快速开释热量。不外不消担忧，在种种高科技和隔热层的庞大捐躯下，洞察号所处的温度仅为10度左右，这个温度下人类还必要穿着毛衣，一点都不热；

大气减速：隔热层与大气的猖獗摩擦和捐躯不但是为了爱护这个昂贵的探测器，在这个历程中大气也实现了减速成效，着陆器速率降到400米/秒左右；

降落伞减速：在间隔火星外貌仅11千米左右时，由几十根线毗连、50米高、10余米直径的庞大降落伞打开，探测器受到了近10倍的重力加快度。

再会隔热层：在间隔火星地面仅10千米时，此时的氛围摩擦对付着陆器已经不再是挑衅，庆幸完成使命的隔热层将会被抛离。它在适才的几十秒内，被烧得不可模样，如今最终成为整个探测器第一个抵达火星的部门。固然它的了局是直接摔得赴汤蹈火，不外这个第一也算是对它辛劳事情的最终嘉奖！

雷达事情：抛离了隔热层仅仅5秒后，袒露出来的雷达们马上开始连忙事情，它们必要时候紧盯目的着陆地区，专心查验当前着陆器全部状态，监测现实情形与原打算目的着陆地的立室水平，以通报给盘算机精确的信息作出调解，事情速率慢的话探测器大概就直接坠毁！

再会降落伞：通过降落伞又陆续事情1分钟左右后，整个着陆器的速率最终降到了仅有60米/秒。固然这个速率在地球上跑完人类百米依旧只必要1.6秒，但它已经比刚开始的16倍声速好了太多。庞大的降落伞在完成使命后带着上部爱护层离开，剩下的路程只能靠着陆器本身完成。

反冲火箭事情：脱离降落伞后，着陆器寄托底部壮大的反推火箭事情开始减速，着陆器内部装有较大的燃料罐，减速到渐渐悬停并迟钝着落。在着陆历程中，着陆器底部的种种雷达、激光和传感器等帮助体系快速事情，必要终极极其认真查抄地面情形，幸免乱石堆、斜坡、沟谷的特别地貌，不然探测器极有大概因为着陆姿势不合错误而半途而废。因为庞大的燃料罐和反推火箭（相对着陆器自己体积）、种种传感体系都装在着陆器底部，导致这种着陆器的着陆腿一定很长，还要最大限度低落重心，更必要警惕。

降落刹时：发动机一定马上制止事情，不然推力会导致洞察号马上翻转过来，半途而废。同时，发动机底部假如激起过多粉尘，也大概对焦点仪器孕育发生致命的影响。

最终，最终落到火星！

洞察号在着陆后险些第临时间就发回了首张火星外貌照片。

洞察号拍下的第一张火星照片，可以看到防尘罩上（将被抛失）依旧留有反冲火箭最终事情激起的灰尘（图自：NASA）

洞察号：205天超过4.8亿千米深入你的心，火星，你预备好了么？