美国烧了8.3亿美元，就为了去火星“玩泥沙”？

洞察号着陆器于2018年5月5日发射升空，经过205天的旅行，在外太空零下269℃下，航行了3.01亿英里，于北京时间11月27日凌晨3时54分着陆火星。

▲洞察号着陆火星精华版。

洞察号火星着陆器由洛克希德马丁公司建造，是NASA发现计划（Discovery Program）的一部分，该任务由NASA喷气动力实验室（JPL）负责管理。这是时隔六年多，NASA的探测器再次着陆火星，上一次是北京时间2012年的8月6日，好奇号着陆火星。

▲NASA任务控制现场

你是否知道，这一耗资8.3亿美元的探测器，花了六个月时间飞行，克服1500度的高温、火星大气层中的狂风，居然是去火星“玩泥沙”？

▲上图展示了洞察号配备的火星土壤层钻探设备

这是因为，美国宇航局的洞察号火星探测器，它的任务就是去考察火星地表下方土层内部的情况！

洞察号会像小朋友“玩泥沙”一样，在火星土壤里挖开一个洞，看看里面究竟有什么。也许它会发现生命的迹象，也许它会找到独特的矿物，也许它会探测到火星地震等信息，让我们拭目以待。

为了实现“玩泥沙”，洞察号要克服无数的困难，特别是降落到火星表面的14分钟，一连串的严峻挑战，任何一个都能彻底摧毁洞察号！

▲洞察号着陆器经受高温灼烧考验

这一耗资8.3亿美元的火星探测器，因为飞行到了遥远的火星，传回无线电信号也要好几分钟，因此实际上无数科学家们只能在它开始降落前准备好一切，此后的操作只能听天由命，指望洞察号的自动降落功能克服所有难题。一个错漏，洞察号火星探测器就会毁于一旦。这并不是少见的事情，欧洲联盟以及苏联时代的火星探测器都多次出错，甚至直接砸碎在火星表面上。有三分之一的火星探测器，在着陆时损毁，不过美国探测器的成功率要明显好一些。

2018年5月24日，洞察号从美国范登堡空军基地发射，仅仅飞近火星就用了6个月。

洞察号在接到地球命令，开始着陆后，着陆器部分与航天器部分分离，着陆器开始降落。

▲洞察号航天器

此时地面的美国宇航局指挥人员已经无法再进行任何操作，因为发给着陆器的无线电信号传输时间过长，因此来不及控制这一迅速变化过程中的着陆器，只能依靠自动降落功能。

着陆器在进入火星大气层的初段，要经历1500度的高温灼烧。这是因为它自身在环火星轨道上高速飞行，因此着陆器部分与轨道器脱离、进入大气层时会与空气摩擦，产生高热。此时，洞察号着陆器依靠一个与中美俄飞船类似的宽大耐热大底，一方面产生阻力降低速度，一方面将高热与主体隔开。

尽管有这一大底，着陆器的进入大气层轨道仍需精心选择，角度相对于表面约12度。太接近垂直的话，过度的高温燃烧会烧毁着陆器，角度太接近平行，可能没有产生足够阻力，着陆器飞回太空，无法再次进入大气层。这一隔热大底需要承受1500摄氏度的高温，而它是减速刹车过程中的第一个环节。

在着陆器飞行到地表11000米高度时，着陆器会放出降落伞，这是第二个降低速度的设备，稍后抛掉大底。

这个降落伞，是一个可以在超音速状态下使用的大型降落伞，这时着陆器速度依然高达每小时1400公里，真材实料的超音速。

在大底抛掉后，洞察号着陆器伸出三条支撑腿，做好触地准备。几乎同时，着陆器启动一个雷达，不断测量自身与地表的距离，这是为了使出最后一个减速的绝招。

这个绝招，就是着陆器底部的12个减速火箭。在使用它们之前，着陆器需要抛掉降落伞和上方保护罩，这时着陆器以惊险的自由下落状态冲向地面。

但在不到1秒的时间里，12个减速火箭点火工作，保证着陆器降落到只有8小时／公里，同时能够修正姿态、对准雷达精确探测到的最佳着落点。

在火箭作用下，着陆器稳稳的落在火星表面，给地球发出自己安全着陆的报喜信号。然后向着自己下方的地面，拍下第一张照片，发回地球。

在美国宇航局直播中，当地球指挥人员获得第一个报喜信号时，高兴的宣布“着陆成功，已确认！”随后，美国宇航局发布了洞察号着陆器发回的第一张照片，令人激动！

▲洞察号传回的首张图片

随后，洞察号着陆器打开多个圆形太阳能板，开始其为期两年的地面探测任务，包括钻入火星土壤深处，研究地表下的地质情况，记录地震信息等等。

另外，与洞察号一起前往火星的还有立方体卫星（CubeSat）技术公司的两颗立方体卫星，称为火星立方星一号（MarCO），旨在为未来的任务提供通信和导航功能，并可能有助于洞察号的通信，这也是立方体卫星技术公司在深空环境下首次测试其立方体卫星。 

▲地球和月球，5月9日由MarCO立方体卫星拍摄，右边是它的高增益天线，这是它传回的首张照片。

▲JPL工程师Joel Steinkraus和MarCO立体卫星，左边是折叠起来的卫星，右边是太阳能板完全展开的卫星，顶部是高增益天线。

MarCO有助于为NASA提供快速通信能力，可以快速知道探测器登陆火星后的状态信息。 一个立方体卫星的基本单元大约是10厘米（4英寸）的方块，MarCO的设计是一个六单元的立体卫星，尺寸大约是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），大约一个公文包大小。 

▲MarCO提供通信中继，以便洞察号着陆火星后，快速告知地球。

在洞察号进行进入，下降和着陆（EDL）操作期间，着陆器将在超高频（UHF）无线电频段，将信息传送到飞越其头顶的火星勘测轨道飞行器（MRO）。MRO随后会将洞察号的EDL信息在X波段传回地球。MRO不能同时在UHF波段接收信息，又在X波段发送信息。 

▲两颗立方体卫星火星轨道模拟图

另外当MRO不在洞察号头顶上方时，它们之间就无法通信，这就会带来延迟。而MarCO的两颗立方体卫星，在UHF波段（仅接收）和X波段（接收和发射），可为洞察号提供及时的中继信息服务。

洞察号火星探测器成功降落火星地表，也将为人类带来更多、更详尽的火星信息，让我们更加了解这一最接近地球的兄弟行星！

来源：空军世界加特林、NASA爱好者