洞察号（洞察号火星探测器）

洞察号，且听风吟 | 火星探测简史

InSight （Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport，意为利用地震勘测、地质测量与热传导的火星内部探测，中文一般按英文缩写译为 洞察号 ）是美国宇航局发现计划的一部分，也是火星探测计划的组成部分。

洞察号 的任务是向火星表面发射一颗火星地质物理研究的着陆器，利用地震仪等设备对火星内部进行立体化探测研究， 主要目标是研究火星内部地质结构 ，通过对火星核、地幔、地壳的大小、厚度、密度等进行探测，找出与地球地质状况的异同，由此探究太阳系类地行星的形成和演化。

洞察号（洞察号火星探测器）

尽管 洞察号 的研究是通过火星开展的，但对于 太阳系类地行星40亿年的形成和演化 研究也具有重要意义。

美国20世纪70年代发射的 海盗号 探测器装有地震仪。 海盗2号 探测到着陆器所在地火星地壳厚度为14-18千米。 海盗2号 地震仪探测到了来自火星风的振动，补充了气象学的结果。

阿波罗计划 登月时也携带了月震仪，为 月球地震学 提供了许多资料，包括发现了月震。阿波罗月震台网一直运行到1977年，至少探测到28次里氏5.5级的月震。

洞察号 采用的技术与以前的探测器相似，但更加精准可靠。

这些仪器将测量火星表面以下的结构、物理和化学特性，探测固体行星形成过程的“指纹”，以及测量行星的“生命体征”，包括 “脉搏” （地震学）、 “温度” （热流探测器）和 “反射” （精确跟踪）。

洞察号 探测器采用了 凤凰号 着陆器的设计方案，可以节约时间和成本。

探测器总重量694千克，含巡航级、防热外壳、着陆器、推进剂等。

一般将着陆器直接称为 洞察号 ，重量为358千克，尺寸为6.0 1.56 1.0米，配备两个可折叠的太阳能板，展开后宽度约6米。星上设备等由 太阳能电池 和 锂电池 提供，功率600瓦。

洞察号 可谓是一个 多国合作 的项目，安装的仪器分别来自于美国和欧空局，主要有：

内部结构地震实验仪（SEIS），由法国航天局（CNES）提供，法国、瑞士、德国、英国等共同参与制造；热流和物理特性包（HP3），包括加州大学洛杉矶分校提供的矢量磁力计，德国航空航天中心提供的辐射计和热流探头；旋转和内部结构实验（RISE），由喷气推进实验室提供；温度和风监测仪（TWINS），由西班牙天体生物学中心制造；激光逆向回流器（LaRRI），由意大利航天局提供；仪器机械臂（IDA）；仪器部署相机（IDC）；仪器上下方相机（ICC）等。

可防风的地震测量仪 灵敏度 极高，足以“感知” 尺度为氢原子半径的地面运动 ，记录火星震或陨石冲击所引发的震波；温度测量装置可通过锤击到达火星地下3米或更深处，测量 火星内核释放的热量 ；而旋转和内部结构实验仪可以通过火星与地球间的无线电传输，来评估火星绕轴旋转产生的扰动，用以提供 火星内核大小 的线索。

另外， 洞察号 还配备了 两颗13.5千克的 双胞胎迷你卫星 ，它们也是 首批 进入行星际空间的立方体卫星，在 洞察号 着陆时，把 远距离遥测结果 直接发回地球，提供中继服务。

洞察号 装备的两台相机则进行天气方面的测量工作。

2018年5月5日， 洞察号 在范登堡基地由宇宙神V型火箭发射。

为了确保 洞察号 成功进入、下降和着陆火星，工程师们在接近段开始紧张的准备工作。时间大约在 洞察号 进入火星大气层前60天开始，一直持续到其进入火星大气层。

主要操作包括最后的轨道修正，对 洞察号 进入火星的轨道进行 最后调整 ，必要时更新通信和电源的控制软件；频繁的遥测工作，监视洞察号位置，确保准确启动制动系统。然后启动进入、下降和着陆软件，更新参数。

2018年11月26日上午12时， 洞察号 登陆火星。

着陆前， 洞察号 着陆器需要穿过火星稀薄的大气层，首先是防热外壳减速阶段，在下降过程中，防热罩被加热到1500 C。

距离火星表面11.1千米时（此时速度约385米/秒）展开降落伞。几秒钟后，防热外壳从着陆器上脱落，洞察者支脚伸展，并启动着陆雷达。

当下降速度降到约60米/秒、高度下降到1100米时，抛掉后保护壳，同时启动反推固体火箭。

最终， 洞察号 以大约每秒2.2米的速度降落， 准确降落地为一个叫 极乐世界 （Elysium Planitia）的地方，着陆点为火星北纬4.5 ，东经135.6 。

记录到火星风

洞察号 着陆器降落火星后， 温度和风监测仪气象套件 （ TWINS ）和 磁强计 开始投入使用。部署和调试其他地质科学仪器大约需要延迟3个月。

由于接近赤道， 洞察号 太阳电池板全部展开后，产生的电能高达4.6千瓦时/火星日， 创造了火星着陆器的新纪录 。 这个电能足以支持各仪器开展正常探测工作。

12月7日， 洞察号 用内部结构地震实验仪记录到火星风的声音，虽然声音相当低，却是 人类首次记录到火星风的声音 。

2 018年12月19日，内部结构地震实验仪由机械臂部署在火星表面，在2019年2月4日调试后，开始全面投入使用。

2019年2月12日又部署了 热流和物理特性包 。2月28日，热流与物理特性包开始挖掘火星表面。

探测器配备的挖掘器名为 鼹鼠 ，计划在此后2个月间挖掘 最深5米 的深度。但到3月7日， 鼹鼠 只向前伸了约35厘米，即离开其结构的四分之三。

按计划，必须达到地面以下 至少3米 才能开展有用的研究，地面技术人员试图找出其工作不良的原因并研究解决方案。

这期间， 洞察号 探测到了 第一个火星震 ，在2019年9月又发现了不明原因的 磁脉冲 和 磁振荡 信号。

2019年10月，喷气推进实验室的研究人员得出结论， 鼹鼠 挖掘器不能向纵深掘进，可能是由于火星土壤无法为挖掘器四个支脚提供足够的摩擦力，导致 鼹鼠 反向转动形成宽坑而不是挖得更深。

他们尝试了钉扎的方法，即将铲子压在 鼹鼠 掘进孔壁的一侧以增加摩擦，但这个方案的效果也不是很好。

经过各种努力，2020年6月， 鼹鼠 挖掘器终于钻进了地下，但很快又反弹回来。

在近两年的时间里尝试了许多不同的方法 ，以使 鼹鼠 钻地更深， 但最终尝试 没有成功 。

2021年1月9日进行了最后一次挖掘尝试，估计最后只掘入地下约43厘米，远 远达不到可以开展研究的深度 。

2021年1月14日，由于着陆点的土壤性质与仪器设计不能很好配合， 热流和物理特性实验任务宣告结束 。

2020年2月24日， 洞察号 对一年的工作进行了总结， 研究发现火星存在 活跃的地震、旋风式尘暴和磁脉冲 。

宇航局根据 洞察号 获得的新数据，发现着陆点的火星磁场比先前想象的强10倍左右，而且具有较大的波动性。

内部结构地震实验仪、旋转和内部结构实验、温度和风监测仪仍继续运行。

按宇航局最新的计划， 洞察号 在火星表面任务将延长两年，直到2022年12月底。

本文未注明来源的图片主要引自美国国家宇航局网站

生于地球，远赴火星，洞察号承载了怎样的期待？

图源：nasa/insight/images

美国国家航空航天局（NASA）研制的科学探测器在火星安全着陆，上面的视频是在加利福尼亚州帕萨迪纳的NASA喷气推进实验室任务控制中心，当人们收到了洞察号降落在火星表面的消息时那一激动沸腾的一幕。

美国宇航局称这次令人期待已久的洞察号着陆过程是“恐怖七分钟”。

在本次发射之前，人类屡次向火星（和火卫一）发射探测器的记录显示成功率仅仅41%——这数字并不乐观，但今天如果一切运转正常的话，美国宇航局将与火星表面亲密接触。

这个项目何时开始的？哪一年？又是谁发起的？

诞生于NASA的发现项目，NASA在2010年6月提出了太空飞行任务的建议，而洞察者号在28个任务提案中脱颖而出，最初在2011年提交时被命名为地球物理监测站（GEMS）。喷气推进实验室的首席研究员威廉“布鲁斯”巴纳特负责这项任务。

“洞察”一词代表什么呢?

洞察代表着利用地震勘察，大地测量和热传导技术进行火星内部勘探。

“洞察者号”的尺寸和体重

从探测器腿的底部到甲板的顶部，着陆器的高度将在33-44英寸（83-108厘米）之间，没有精确的高度数据，因为它的三个减震腿在撞击地面时将被压缩，压缩的程度还有待确定。

这段展示了“洞察者”探测器在火星上拍摄的第一张照片

图解：洞察号在火星上拍摄的第一张图片 图源：nasa

太阳能电池板展开的跨度： 19英尺，8英寸（6.00米）

甲板宽度： 5英尺，1英寸（1.56米）

机械臂长度： 5英尺，11英寸（1.8米）

着陆器和探测车的不同之处是什么呢：

最大最明显的区别在于，探测车移动勘测，而着陆器在到达地面之后将会一直停在原地，洞察者号一旦接触地面，它的命运就已经注定了，这儿便是它的家。

图源：k.sina

它是何时何地发射的？

凌晨4点05分，太平洋时间，以范登堡空军基地上的一架阿特拉斯V-401为运载火箭发射

任务执行多久？

728个地球日，或者说将近两年。（709火星日，也就是一个火星年零40火星日）

洞察者号走了多远距离？

301,223,981英里（484,773,006公里）

洞察者号的速度有多快？

最高时速为6,200英里/小时（9978公里/小时）

洞察者号何时着陆？

下午2:50

旅行历经多久？

从发射到着落共205天。

它将在哪里着陆？为什么选择这个地点？

埃律西昂平原，位于赤道以北一个平坦乏味的平原地区（靠近赤道的位置是太阳能电池阵列的最佳位置），少量的岩石有助于降低着陆的风险，幸运的是，这里不常刮风。

准确地说，“洞察号”将（有望）在北纬4.5度，东经135.9度着陆。

科学家们用多种方式来描述它：

洞察者号的有效载荷包括什么呢？

洞察者号的科学有效载荷主要由三种仪器组成。

首先是探测内部结构的穹顶抗震实验，放置在地表研究地震波，科学家希望从每天收集到的38兆的数据了解这个行星地幔，地壳和地核。

图源：nasa

它将成为第一个在火星表面的地震仪，NASA在1976年（38年前）“海盗号”任务中就将地震仪带到了火星，但它们位于着陆器的顶部，容易受到风的影响。

第二个主要仪器是一个热流和物理特性探测器，可以挖一个前所未有的深至16英尺的洞来测量行星内部的温度，从这次任务产生的350兆数据中，科学家们可以比较这颗红色星球可以释放的热量。

最后，旋转和内部结构实验是利用一组位于探测器顶部的天线完成的，用来测量探测器随着时间变化的位置移动，根据火星的北极在绕太阳轨道运行时的摆动程度，科学家们可以判断核心是否为液态物质+内部可能存在什么物质。

图解：洞察号的结构 图源：nasa/insight/images

什么是火星震？为什么NASA对它们如此着迷？

你可能已经猜到了，这是指在火星上发生的地震。地震是由于板块构造造成的，但火星似乎并没有板块，所以是什么导致火星震的呢？科学家们对此十分感兴趣，因为他们想要以此来了解火星的内部结构以及这种岩态行星的形成过程。

与过去执行的火星任务相比洞察者号的降落相对位置在哪？

洞察号-好奇号当前位置：媒体公关专家安德鲁·古德介绍他们相对距离为550公里（341英里）。据美国航天局称，与“好奇号在盖尔环形山的着陆点相比，“洞察号”的着陆点埃律西昂平原远在373英里（600公里）之外。

图解：上图从左至右依次为维京1号，探路者，机遇号，右上维京2号，右中洞察号，右下好奇号的相对位置 图源：nasa/insight/images

这个项目耗资多少？

洞察号任务：813.8百万美元。美国航天局（NASA）最初在2016年的任务上限为4.25亿美元，不包括发射装置，洛克希德·马丁公司制作了着陆器，NASA为火星立方体一号（Macro）技术额外投资了1850美元。

与之前的火星任务相比，洞察号的成本如何？

机遇号：4亿美元

喷气推进实验室代表盖伊·韦伯斯特表示，2020年火星探测器的预算为21亿美元。

洞察号的“追随者”——立方体卫星

为近地轨道（LEO）设计的微型卫星，他们最初是用来教授大学生卫星知识的——从那时开始，大学生们设计了许多卫星。2003年6月，第一颗立方体卫星在轨道上发射。

立方体卫星的用途是什么？

在下降到火星表面的过程中向NASA发回无线电信号，以改善深空通信能力。

立方体卫星为何如此特别？

洞察号的立方体卫星是第一个星际卫星，在首次打破了卫星与地球之间的距离记录，达到了621,371英里，他们使用的是与灭火器相同的压缩气体，这两个卫星被昵称为WALL-E（瓦力）和EVE（伊娃）。

水手4号（探测飞行，1964年）

水手6号（探测飞行，1969年）

水手7号（探测飞行，1969年）

水手8号（探测飞行，1971年）

水手9号（轨道飞行器，1971年）——第一艘环绕另一颗行星的飞行器！

海盗1号（轨道飞行器/着陆器，1975年）

维京2号（轨道飞行器/着陆器，1975年）

火星观察号（轨道飞行器，1992年）

火星环球测量号（轨道飞行器，1996年）

火星探路者/旅行车（探测车，1996年）

火星气候轨道飞行器（轨道飞行器，1998年）

火星极地着陆器（着陆器/探测车，1999年）

深空探测器（探测器*2,1999年）

火星奥德赛号（轨道飞行器，2001年）

火星探测车，勇气号（2003年）

火星探测车，机遇号（2003年）

火星侦察轨道飞行器（轨道飞行器，2005年）

凤凰号火星着陆器（着陆器2007年）

火星科学实验室，又名“好奇号”（轨道飞行器/着陆器，2011年）

火星大气与挥发物演化任务，又名MAVEN（缩写）（轨道飞行器，2013年）

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

FY: 成蹊

作者: Nick Lucchesi

转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处

NASA发射的洞察号探测器与之前的探测器有什么不同？

　洞察号主要用于研究火星内部，而2008年的凤凰号主要用于研究火星的极地环境，不过洞察号使用开发了凤凰号的技术，这将可降低任务风险及成本。好奇号主要任务是探索火星的盖尔撞击坑。勇气号和机遇号双胞胎组合主要任务是探测火星上是否存在水和生命。

洞察号的主要任务是研究火星的内部，如火星的地震以及内部的活动以及测量3-5米深的温度。之前的探测器，如凤凰号，虽然洞察号利用了凤凰号在2008年成功登陆火星时的技术，但是它们2个的任务截然不同。凤凰号主要任务是寻找火星北极土壤中是否存在生命的迹象，并对浅层地下的水冰以及火星极地的气候进行研究。好奇号的主要任务是探测火星气候及地质，探测盖尔撞击坑内的环境是否曾经能够支持生命的存在，探测火星上水的成分。机遇号的任务是执行大量对火星岩石的地质分析和地表的描绘。勇气号的任务是探测火星上是否存在水和生命，并分析其物质成分，评估火星上的环境是否有利于生命。火星探路者号的主要任务是分析火星大气层、气候、地质和岩石与土壤的组成。

洞察号

洞察号是一个机器人着陆器，设计用于研究火星的深层内部。任务于北京时间的2018年5月5日19:05发射。在北京时间的2018年11月27日03:52:59，洞察号穿越了将近3亿英里(4.58亿公里)的太空旅程，着陆器终于成功地着陆在埃律西昂平原(Elysium Planitia) 的火星表面，在那里它将部署地震仪并开始地热探针的挖掘。它还将进行一系列无线电科学实验，以补充对火星内部结构和自转的研究。

仪器环境相机的开光（首个火星图片），图：NASA/JPL-Caltech

仪器部署相机开光，图：NASA/JPL-Caltech

该任务由美国宇航局喷气推进实验室管理。着陆器是由洛克希德马丁空间系统公司制造的。这个名字是运用地震调查、测地学和热量传送之内部探索的首字母缩写的（InSight）。

洞察号的目标是放置了一个装有法国航天局CNES（法国国家太空研究中心）生产的被称为SEIS地震仪的固定着陆器，并用德国航天局DLR（德国航空太空中心）生产的HP3热探测器测量热传递，以研究行星的早期地质演化。这也许会带来对太阳系类地行星——如水星、金星、地球、火星——以及月亮的新认识。在2012年最终的提案中，通过重新利用2008年凤凰号登陆器成功登陆火星时的技术，将洞察号的成本和风险降到了最低。

着陆器最初计划在2016年3月发射。然而，在发射之前SEIS仪器出现了持续真空失效的现象，错过了2016年的3月发射窗口，因此洞察号被送回位于科罗拉多州丹佛市的洛克希德·马丁公司的工厂进行了储存。美国宇航局官员在2016年3月决定花费大约1.5亿美元，将洞察号的发射推迟到2018年5月。这样多余的时间也解决了地震计的一些问题，但是其总共的费用从以前的6.75亿美元增加到了8.3亿美元。

艺术家绘制的凤凰号 登陆器登陆时的图片, 其与洞察号的登陆有所相似。图：NASA/JPL/Corby Waste

设计

这次任务基于了2008年凤凰号火星登陆器的设计。因为洞察号由太阳能电池板供电，它会降落在火星的赤道附近，以实现最大功率，预计寿命可达到两年（1个火星年）。任务还包括了两个名为Mars Cube One（MarCO）的继电器微型卫星，它与洞察号一起发射并和洞察号一起飞向火星。

洞察号团队在美国宇航局喷气推进实验室的团体照，图：NASA/JPL-CALTECH

历史

洞察号最初被称为GEMS（地球物理监测站），但其名称在美国宇航局的要求下于2012年初更改了。在2010年的28项提案中，它是2011年5月获得300万美元用于开发详细概念研究的三项探索计划入围者之一。 2012年8月，洞察号被选中，并用于进行开发和发射。洞察号正式由美国国家航空航天局的喷气推进实验室（JPL）管理，并且有来自多个国家的科学家参与，该任务的成本上限为4.25亿美元，但是这里面并不包括运载火箭的经费。

洛克希德·马丁公司于2014年5月19日开始建造着陆器，并于2015年5月27日开始进行全面测试。

法国国家太空研究中心（CNES）提供的地震仪称为内部结构抗震试验（SEIS），因为SEIS的持续真空泄漏，所以导致了美国宇航局将计划发射日期推迟到了2016年3月至2018年5月。当洞察号被推迟时，其余航天器都已经被送回了洛克希德马丁公司。科罗拉多州的工厂用于存储，而用于发射该航天器的擎天神5号运载火箭（Atlas V）被重新分配到WorldView-4的发射任务中。

2016年3月9日，美国宇航局官员宣布，洞察号的发射窗口将推迟到2018年，估计耗资为1.5亿美元。该航天器的发射时间重新更改为2018年5月5日，并计划于北京时间的2018年11月27日凌晨3时许进入火星大气层并着陆于火星表面。使用加州范登堡空军基地的擎天神5号运载火箭发射后，其飞行计划将保持不变。NASA的喷气推进实验室的任务是为SEIS仪器重新设计和建造一个新的真空外壳，而CNES则进行仪器集成和测试。

2017年11月22日，洞察号完成了热真空测试，也称为TVAC测试，其中航天器会被置于压力降低和各种热负荷的模拟空间条件下。2018年1月23日，经过长期存放后，其太阳能电池板再次进行了展开和测试，另外还有一块含有160万名公众名字的硅芯片也被添加到了着陆器上。

携带有160万个签名的第二轮征集签名的芯片于2018年1月23日被安装到探测器上。图：NASA/JPL-Caltech/Lockheed Martin

2018年2月28日，洞察号通过C-17货机从丹佛的洛克希德马丁太空系统公司的大楼运送到加利福尼亚的范登堡空军基地，以便与运载火箭一体化。着陆器于2018年5月5日发射，于北京时间的2018年11月27日03:52左右抵达火星并着陆于火星表面。