NASA 即将发射下一枚火星着陆器 | Discover Magazine

InSight 着陆器将于今年 11 月 26 日降落在火星上。一旦到达那里，它将花费大约两年的地球时间收集关于这颗红色行星内部的数据。（图片来源：NASA/JPL-Caltech）最早在太平洋时间 5 月 5 日凌晨 4:05，美国西海岸的居民将有机会第一次亲眼目睹一次行星际发射。联合发射联盟的 Atlas V 火箭将从加利福尼亚州隆波克附近的范登堡空军基地将 NASA 的 InSight 航天器送入轨道。InSight，全称为“利用地震调查、大地测量学和热传输进行内部探索”，是一个将要着陆火星北半球埃律西昂平原的着陆器。在那里，它将收集关于火星地壳、地幔和地核的数据。它还将监听构造活动和陨石撞击。尽管此次发射代表着 InSight 探险的开始，但从另一个角度来看，它也是漫长征程的结束。NASA 在 2016 年发现一个关键仪器出现问题后，推迟了该着陆器的原定发射。此次任务的第二次机会为行星科学家们提供了另一个将胜利从失败的口中夺回的机会。

深入了解火星

随着发射日期的临近，行星科学家们正在为大量新信息做好准备，这些信息将为我们了解岩石行星如何形成提供线索，展示火星如何随时间演化，并提供我们有史以来最全面的火星区域天气记录之一。这些实验可以揭示地球和其他宇宙岩石行星的历史，并为人类未来探索红色星球奠定基础。科学家们希望收集关于火星基本结构的信息——例如，其地壳的厚度以及地幔和地核的成分。InSight 项目首席研究员、NASA 喷气推进实验室研究科学家 Bruce Banerdt 表示，这些发现将有助于我们了解岩石行星的形成，因为与地球不同，火星的底层地壳在整个行星生命周期中似乎是稳定的。Banerdt 解释说，虽然地球地核中的任何物质都不超过 1 亿年，但有证据表明火星自 42 亿至 43 亿年前以来没有经历过重大重塑。“地核深处相对原始，”他说。

三个关键实验

为了深入了解火星，InSight 将进行三个主要实验。

火星内部结构地震实验 (SEIS) 是一种地震仪，将监测地震和内部活动，使科学家能够推断火星的历史和结构。

热流和物理性质测量包 (HP3) 将测量来自行星内部的热量，热量如何在地下流动，并描绘出热量如何驱动地表以下的构造和内部过程。Banerdt 说，这使得科学家们能够了解火星内部如何随时间演化。

最后，自转和内部结构实验 (RISE) 将利用着陆器与地球之间的无线电信号来检测“自转摆动”，从而揭示地核的性质以及地核与地幔的相互作用方式。

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如图所示，火星内部结构地震实验 (SEIS) 是 InSight 将携带的关键仪器之一。它将负责测量火星上的地震和内部活动，这将使科学家们能够更好地了解该行星的历史和结构。（图片来源：NASA/JPL-Caltech）

放置仪器的全新方式

InSight 任务将以一种新的方式利用机器人来定位其仪器。之前的航天器曾将仪器安装在机械臂上，然后将其带到目标位置并收回。而 InSight 则需要永久放置其仪器。“这项科学研究实际上是为了在同一个地方长时间获取数据，”InSight 仪器部署负责人 Jaime Singer 说。

为此，科学家们将在着陆后的最初 55-90 个火星日内绘制着陆器周围地形图，并使用机械臂从着陆器甲板上抓取仪器并将其安装在行星表面。“我们基本上将在火星上玩抓娃娃游戏，而没有操纵杆，”她说。团队将每天从着陆器获取信息，并利用这些信息来制定要发送的指令。“这听起来可能很慢，但实际上非常令人兴奋，”她说。“我们每天都会收到火星的照片，而且我们可以看到一些新的或不同的东西发生了。”

Atlas V 火箭将携带 InSight 航天器从加利福尼亚州隆波克附近的范登堡空军基地飞往火星，这将是美国西海岸的首次行星际发射。（图片来源：NASA）

避免灾难

“这已经是我近 30 年的梦想了，”Banerdt 说。他在 20 世纪 70 年代上研究生时，NASA 的 Viking 着陆器曾试图从火星收集地震数据，甚至依赖这些数据来揭示火星地壳的厚度。不幸的是，Viking 的地震数据不可用——地震仪没有放置在行星表面，导致其数据过于嘈杂。从那时起，Banerdt 提交了半打以上的任务提案，希望获得自 Viking 以来一直停滞不前的科学调查的新数据。InSight 是他的梦想项目，但 Banerdt 的梦想几乎破灭。2015 年 12 月，InSight 团队在与地震仪相关的真空系统中发现了一个微小的泄漏，裂缝仅有纳米级别。“如果你的轮胎有这样的泄漏，要 50 年才能失去一磅的胎压，”Banerdt 说。不幸的是，这足以破坏团队计划的测量精度，并最终迫使任务推迟。“这真是一个痛苦的决定，”Banerdt 说。他担心 NASA 会告诉他他已经错失了机会。然而，他和团队坚持不懈，提出了修复所需的方案，并表明他们知道如何有效地重新设计仪器，“并且我们不会再次让他们失望。”最终，他们说服 NASA 他们已经掌控了问题，并且科学研究足够引人入胜，可以继续执行任务。NASA 向国会申请特别许可，将任务成本增加 1.5 亿美元。Banerdt 和团队抓住了额外的设计时间。他们不仅修复了泄漏，还彻底重新设计了真空系统。他们还借此机会重新评估了着陆器的其他部件，特别是那些在其他任务中引起疑问的部件。“到 2018 年，我们的任务实际上比 2016 年时要强大得多，”Banerdt 说。

一切正常

每一次行星际任务都曾从东海岸发射，这使得火箭在飞越水面时可以从地球自转中获得速度提升。然而，InSight 推迟发射的一个意想不到的好处是，Atlas V，NASA 目前拥有的最小火箭，其能力是 InSight 最初设计火箭的两倍。Banerdt 解释说，这意味着火箭不需要地球自转的帮助就可以将 InSight 送入太空，并且可以从西海岸发射。Banerdt 说，这避免了卫星发射的“交通拥堵”，但也让大约 1000 万新地区的人们有机会亲自观看发射。“YouTube 上有数百个不同角度的发射视频会非常酷，”他补充道。如果天气晴朗，InSight 的发射将从加利福尼亚州圣玛丽亚到圣地亚哥的居民都可以亲眼目睹。NASA 在一个发射页面上提供了官方和非官方的观看地点信息。对于不在西海岸的人们，NASA 将在发射当天在NASA.gov/live上在线直播发射，该直播将在当天直接显示在页面下方。发射视频稍后将在YouTube.com/NASAJPL/live和Ustream.tv/NASAJPL上点播观看。InSight 的发射窗口将于太平洋时间 5 月 5 日凌晨 4:05 开始，一直持续到 6 月 8 日。那些在清晨目睹火箭在天空中穿行的人们可以决定是挥手告别还是说你好。无论如何，这将是一个值得观看的时刻。

[本文最初发布于 Astronomy.com]