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來源:IP創(chuàng)新贏(ID:IP2win)
作者:趙潔 審協(xié)北京中心機械部
原標題:5月5日,和洞察號一起飛向火星【IP創(chuàng)新贏】
今天,美國將發(fā)射“洞察號”火星探測器,除了與“洞察號”一起飛向火星的240多萬個名字以外,還有一項容易被別人忽視的新技術(shù)將被應用?,F(xiàn)在我們就從即將發(fā)射的洞察號說起。
根據(jù)美國航空航天局(以下簡稱NASA)官網(wǎng)公布的消息,作為“InSight”火星探測計劃中最重要的一個環(huán)節(jié),“洞察號”火星探測器將在5月5日上午7:05,于美國西海岸的加利福尼亞范登堡空軍基地發(fā)射升空。
對于這次發(fā)射“洞察號”的意義,小贏想用美國國家地理頻道播出的熱門劇集《火星探索》(MARS)中的一句話來概括:人類正在為在那顆紅色星球上迎接我們的未來而努力嘗試。
《MARS》宣傳海報(圖片來源自網(wǎng)絡)
作為人類最有可能移民的星球,科學家們對火星的探索和研究從來就沒有停止過。本世紀以來,主要的火星探測活動有:
2001年10月23日,美國“奧德賽”號衛(wèi)星進入環(huán)繞火星軌道;
2003年12月25日,歐洲“火星快車”號衛(wèi)星進入環(huán)火星軌道;
2004年1月3日,美國“勇氣號”探測器著陸火星;
2004年1月25日,美國“機遇號”火星漫游車安全著陸;
2008年5月25日,美國“鳳凰號”探測器在火星北極著陸;
2012年8月6日,美國“好奇號”火星車成功登陸;
2014年9月24日,印度的“曼加里安”號衛(wèi)星成功進入火星軌道。
……
……
從上面的圖片可以看出,美國NASA登陸火星表面的探測器分為兩種:一種是能移動的火星車(例如勇氣號、機遇號、好奇號);另一種是著陸后就不能移動的著陸器(例如鳳凰號)。
本次發(fā)射的洞察號就是以鳳凰號為藍本開發(fā)的著陸器,一旦著陸就不能移動,大部分的科學任務是通過諸如鉆探實驗來完成,并僅限于著陸位置下方。
與“鳳凰號”著陸在火星北極附近不同,這次“洞察號”計劃降落在溫度較高的火星赤道附近。這樣洞察號能獲得更充足的太陽能電力,開展科學實驗的速度和壽命都會更長。
洞察號的探測任務有兩個:
1.調(diào)查火星內(nèi)部結(jié)構(gòu):確定火星地殼、地幔、地核的厚度、結(jié)構(gòu)、組成和物理狀態(tài)(液體/固體)或熱狀態(tài)。有了這些數(shù)據(jù)就能探索火星的形成和演化過程。
2.確定火星的構(gòu)造活動和隕石撞擊情況:需要測量內(nèi)部地震活動的幅度、速度和地理分布;測量隕石撞擊地表的速度。
為了實現(xiàn)上述目標,洞察號搭載了兩件利器:內(nèi)部地震試驗儀(SEIS)以及熱流和物理性能組件(HP3)。
地震試驗儀(SEIS),能通過對地震波穿過地殼、地幔和地核的研究,可以推演出各層的深度及組成,繪制出火星內(nèi)部巖層的分界線,弄清楚火星內(nèi)核究竟是液體還是固體。并進而試圖找到火星表面沒有像地球一樣被分割成不同板塊的原因。舉個例子,洞察號就像是為火星來一次超聲波檢查!
(如果對為什么地震試驗儀能夠完成上述功能感興趣,可以參考:
http://www.bgs.ac.uk/discoveringGeology/hazards/earthquakes/marsquake/home.html 和
https://www.zhihu.com/question/66506439/answer/243729424)
熱流和物理性能組件(HP3),能在火星表面向下鉆出 5 米的深洞,從而監(jiān)測火星內(nèi)部的熱量傳輸情形。鉆孔能否成功是熱流試驗能否成功的關(guān)鍵,當然成功的一部分因素還包括運氣成分,如果著陸地點下方就是堅硬的巖層,那么……?。ㄗ6床焯柡眠\)
(圖片源自http://www.lcpm10.caltech.edu/pdf/session-4/10_LCPM%20HP3%20Spohn.pdf)
說了這么多,今天文章的另外一位主角終于閃亮登場了。本次隨“洞察號”發(fā)射的還有兩個立方星:“火星立方一號”——MarCO,每個均為手提箱大小,將在洞察號著陸前提前分離,進入預定的繞火星的軌道。這是首次將立方星應用于行星間的通訊。
盡管在火星軌道上有衛(wèi)星(例如奧德賽號)能夠作為洞察號與地球之間的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站。但是本次發(fā)射的立方星MarCO的意義在于:當人類未來對沒有中轉(zhuǎn)站的星體進行探索時,可以在發(fā)射著陸器的同時發(fā)射這種體積小、重量輕但功能強大的立方星,讓它成為數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹欣^,從而避免讓著陸器自帶繁瑣的通信設(shè)備而占據(jù)太多的發(fā)射重量和空間。
所謂“立方星”是新型微衛(wèi)星的統(tǒng)稱,因其外觀通常像一個立方塊,所以被稱為立方星。目前,國際上對立方星通用的體積單位是1U(10*10*10cm),目前國際上設(shè)計立方星都是采用1U的整數(shù)倍。這次隨洞察號發(fā)射的就是兩枚6U的立方星。
由于洞察號的許多技術(shù)都涉密,所以很少能找到與洞察號相關(guān)的專利。但是,小贏卻發(fā)現(xiàn)了與這兩顆6U立方星相關(guān)的專利申請。
NASA在其專利申請(US2017/0073087A1,下圖)中公開了:6U的立方星中可以集成有多種模塊組件。例如:磁力計、離子/中性粒子質(zhì)譜儀、陀螺儀、無線電信標、機載計算機等等。太陽能板202可以直接覆蓋在立方星的全部外表面,為整個衛(wèi)星供電。
US2017/0073087A1說明書附圖
但是,在本次發(fā)射的立方星MarCO中,也許是為了更穩(wěn)定的獲得電力,還是像傳統(tǒng)的衛(wèi)星一樣,設(shè)置了兩塊能展開的太陽能板和天線,以便更穩(wěn)妥的為洞察號保駕護航。
洞察號作為最新一位前往火星的訪客即將起航,每一次人類與火星的親密接觸都承載了人類的夢想和希望。
根據(jù)我國的火星探測計劃,在不遠的將來,也就是2020年左右,我國也將發(fā)射火星探測器。在預?!岸床焯枴背晒Πl(fā)射的同時,也衷心希望我國在成功實現(xiàn)航天工程和探月工程兩大空間探測活動之后,在火星探測工程上也能早日突破,圓滿完成。
來源:IP創(chuàng)新贏(ID:IP2win)
作者:趙潔 審協(xié)北京中心機械部
編輯:IPRdaily趙珍 校對:IPRdaily縱橫君
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