探測火星真的不容易，經(jīng)過逾6個月的飛行，美國洞察號火星探測器終于在北京時間2018年11月27日03:56在火星安全著陸。洞察號是2018年5月5日由宇宙神5號火箭發(fā)射升空的。這是美國首次從西海岸的范登堡空軍基由西向東發(fā)射空間探測器，原因是宇宙神5號的推力足夠大，發(fā)射窗也更為適宜。
整個任務(wù)分為發(fā)射、巡航、進入下降和著陸（EDL）、表面操作等四個階段。它是第一個探測火星深層的航天器，將通過傾聽火星地震和測量它的熱量輸出來研究火星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，揭示巖質(zhì)行星的形成，填補火星地球物理空白，更好地了解其他巖石行星（包括地球）是如何誕生的。
1、探測火星不容易
至今，人類已發(fā)射了40多個火星探測器，成功率約50%，所以火星被稱為“探測器墳場”或“死亡星球”。其主要原因是火星距地球遙遠，探測器要飛幾億千米才能到達火星，所以對軌道、控制、通信和電源等技術(shù)都提出了很高要求。
例如，探測器進入火星軌道的難度被比喻為從巴黎打一個高爾夫球，正好落到東京的某個球洞里。這是由于通信延時很長，所有數(shù)據(jù)都要提前注入。在探測器切入火星軌道過程中，如果切入點離火星過遠，則不能被火星的引力捕獲而掠過火星；如果切入點離火星太近，則可能墜毀于火星大氣層。
火星環(huán)境復(fù)雜、惡劣也是造成火星探測器經(jīng)常“陣亡”的主要原因?；鹦谴髿饷芏戎挥械厍虼髿饷芏鹊?%，因而輻射嚴(yán)重。火星上的沙塵暴也很大，有時是地球上12級臺風(fēng)的6倍，時間可達半年，今年機遇號就是因沙塵暴而“犧牲”（最新消息：還有可能復(fù)活）。
今年因沙塵暴而停止工作的美國機遇號火星車
2、在火星著陸更難
探測器在火星表面著陸的難度更大。因為在探測器進入火星大氣時離地球很遠，遙測和遙控信號比較微弱；另外，當(dāng)探測器運動到火星背面時，地球上無法準(zhǔn)確地確定其軌道參數(shù)，這就給再入高度的選擇帶來困難。
進入火星大氣層后，探測器防熱措施如何？降落傘、氣囊和緩沖火箭能否按程序工作，都至關(guān)重要，必須非常精確，整個過程要經(jīng)歷所謂的“恐怖7分鐘”。一名美國科學(xué)家曾形容火星探測器著陸時的心情，就好像丈夫在產(chǎn)房外等待妻子分娩一樣。所以，探測器在火星著陸的技術(shù)十分復(fù)雜，每個環(huán)節(jié)都不能有閃失。許多探測器都因此功虧一簣。
例如，1999年9月23日，美國“火星氣候軌道器”在即將進入預(yù)定軌道前燒毀后，原因是在軌道切入操作中，由于英制和公制單位的混淆而造成導(dǎo)航誤差，使其飛離火星太近而燒毀。
2016年10月20，歐洲“火星生物學(xué)-2016”中的“夏帕雷利”進入、降落和著陸演示器在著陸前與地面失去了聯(lián)系，原因由一個僅一秒的計算失誤所致，提前將降落傘與防熱罩分離，導(dǎo)致“夏帕雷利”硬著陸而撞毀。
3、三種方式如何選
目前，探測器在火星軟著陸方式主要有三種，每種方案都各有優(yōu)缺點。
一是氣囊彈跳式。這種方式比較簡單，成本低，但只能滿足重量小的探測器軟著陸要求，且著陸精度不高。美國“火星探路者”、“火星漫游者”（勇氣號和機遇號火星車）都采用降落傘＋氣囊彈跳方式。
二是反推著陸腿式。這種方式復(fù)雜一些，成本高，可滿足重量較大的探測器軟著陸要求，著陸精度較高。美國海盜號、鳳凰號、洞察號和歐洲的獵兔犬2號、“夏帕雷利”都采用降落傘＋緩沖發(fā)動機反推＋著陸腿方式。
三是空中起重機式。這種方式最為復(fù)雜，成本最高，技術(shù)最先進，可滿足重量更大的探測器軟著陸要求，能精確著陸。美國“火星科學(xué)實驗室”采用降落傘＋緩沖發(fā)動機反推＋空中起重機方式。
為了載人登火星，美國還在研制“低密度超聲速減速器”(LDSD)。它可用于大型航天器在火星著陸登，也能為大型載荷安全返回地球提供保障的突破性技術(shù),但十分復(fù)雜,試驗多次失敗，所以還需要走較長的路。
4、洞察號采用反推式
洞察號與之前在火星北極著陸的鳳凰號的著陸方式一樣，采用反推著陸腿式，具體過程如下。
E－6.3分鐘，開始執(zhí)行進入程序（E代表進入大氣層時刻）；
E－0.5分鐘，完成進入姿態(tài)調(diào)整；
E－0秒，高度128千米，速度5.9千米/秒，進入角α=－12°；
E＋99秒，最大受熱點，高度44.2千米；
E＋117秒，最大減速度7.9g；
E＋223秒，張開降落傘，高度12千米，速度415米/秒；
E＋238秒，拋防熱屏蔽殼，高度10.3千米，速度132米/秒；
E＋300秒，雷達開始工作，高度5.5千米；
L－43秒，著陸器與鐘形罩分離，高度1.1千米，速度61米/秒（L表示著陸時刻）；
L－40秒，重力調(diào)整，高度0.9千米；
L－16秒，恒速下降，高度51米，速度7.8米/秒；
L＋0秒~L＋15分鐘，等待降塵；
L＋7秒，各種展開用火工品開始點火；
L＋25分鐘，太陽電池翼展開。
5、著陸在極樂凈土
洞察號在升空后飛行4.85億千米，于2018年11月26日在火星北半球赤道附近的埃律西昂平原（Elysium Planitia）著陸，這是傳說中的極樂凈土。
埃律西昂平原位于火星赤道附近（北緯3.0°，東經(jīng)154.7°），是一片平坦的熔巖平原，著陸場是位于平原的西邊緣長130千米、寬27千米的橢圓區(qū)域。在著陸安全性、熱控、光照、測控通信等方面具有較為有利的條件和較強的工程可實現(xiàn)性。它靠近火星的赤道，陽光充足，這對采用太陽能電源的洞察號有利；其海拔較低、地勢平坦，這對著陸來講相對安全。
其著陸點的選址花了4年時間。由于洞察號是研究火星內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，因此需要選擇“表皮”比較薄的地方。二是洞察號是原位式探測器，因此著陸點必須平坦。三是為了鉆開火星地表淺層往下埋放探針，因此還要找個平坦松軟的地方。四是著陸點要足夠明亮和溫暖，為探測器提供充分的太陽能。
為了使洞察號能夠獲得足夠的太陽能，剛開始著陸點選在南緯15°~北緯5°，后來縮小到北緯3~5°，具體著落坐標(biāo)點為：北緯4.5°、東經(jīng)135.0°。因為這里地勢平坦，沒有溝壑，陽光充足，能為太陽能電池板充電。另外，該著陸點離好奇號火星車600千米，并且能跟目前運行的幾個火星軌道器通信。為了在著陸過程中有足夠厚的大氣層來保證降落傘的緩沖需要，著陸點要低于火星大地水準(zhǔn)面以下2.5千米，地形坡度要小于15°，石頭不能太多，風(fēng)化層較松軟，方便著陸和鉆5米深的孔。
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