洞察号登陆火星详情曝光 火星到底是怎样的适合人类居住吗

经过逾6个月的飞行，美国洞察号火星探测器终于在北京时间2018年11月27日03:56在火星安全着陆。洞察号是2018年5月5日由宇宙神5号火箭发射升空的。这是美国首次从西海岸的范登堡空军基由西向东发射空间探测器，原因是宇宙神5号的推力足够大，发射窗也更为适宜。

洞察号在火星着陆示意图

整个任务分为发射、巡航、进入下降和着陆（EDL）、表面操作等四个阶段。它是第一个探测火星深层的航天器，将通过倾听火星地震和测量它的热量输出来研究火星的内部结构，揭示岩质行星的形成，填补火星地球物理空白，更好地了解其他岩石行星（包括地球）是如何诞生的。

1、探测火星不容易

至今，人类已发射了40多个火星探测器，成功率约50%，所以火星被称为“探测器坟场”或“死亡星球”。其主要原因是火星距地球遥远，探测器要飞几亿千米才能到达火星，所以对轨道、控制、通信和电源等技术都提出了很高要求。

例如，探测器进入火星轨道的难度被比喻为从巴黎打一个高尔夫球，正好落到东京的某个球洞里。这是由于通信延时很长，所有数据都要提前注入。在探测器切入火星轨道过程中，如果切入点离火星过远，则不能被火星的引力捕获而掠过火星；如果切入点离火星太近，则可能坠毁于火星大气层。

火星环境复杂、恶劣也是造成火星探测器经常“阵亡”的主要原因。火星大气密度只有地球大气密度的1%，因而辐射严重。火星上的沙尘暴也很大，有时是地球上12级台风的6倍，时间可达半年，今年机遇号就是因沙尘暴而“牺牲”（最新消息：还有可能复活）。

2、在火星着陆更难

探测器在火星表面着陆的难度更大。因为在探测器进入火星大气时离地球很远，遥测和遥控信号比较微弱；另外，当探测器运动到火星背面时，地球上无法准确地确定其轨道参数，这就给再入高度的选择带来困难。

进入火星大气层后，探测器防热措施如何？降落伞、气囊和缓冲火箭能否按程序工作，都至关重要，必须非常精确，整个过程要经历所谓的“恐怖7分钟”。一名美国科学家曾形容火星探测器着陆时的心情，就好像丈夫在产房外等待妻子分娩一样。所以，探测器在火星着陆的技术十分复杂，每个环节都不能有闪失。许多探测器都因此功亏一篑。

例如，1999年9月23日，美国“火星气候轨道器”在即将进入预定轨道前烧毁后，原因是在轨道切入操作中，由于英制和公制单位的混淆而造成导航误差，使其飞离火星太近而烧毁。

功亏一篑的美国“火星气候轨道器”

2016年10月20，欧洲“火星生物学-2016”中的“夏帕雷利”进入、降落和着陆演示器在着陆前与地面失去了联系，原因由一个仅一秒的计算失误所致，提前将降落伞与防热罩分离，导致“夏帕雷利”硬着陆而撞毁。

“夏帕雷利”着陆火星过程示意图

3、三种方式如何选

目前，探测器在火星软着陆方式主要有三种，每种方案都各有优缺点。

一是气囊弹跳式。这种方式比较简单，成本低，但只能满足重量小的探测器软着陆要求，且着陆精度不高。美国“火星探路者”、“火星漫游者”（勇气号和机遇号火星车）都采用降落伞＋气囊弹跳方式。

气囊弹跳式

二是反推着陆腿式。这种方式复杂一些，成本高，可满足重量较大的探测器软着陆要求，着陆精度较高。美国海盗号、凤凰号、洞察号和欧洲的猎兔犬2号、“夏帕雷利”都采用降落伞＋缓冲发动机反推＋着陆腿方式。

洞察号采用反推着陆腿式在火星着陆示意图

三是空中起重机式。这种方式最为复杂，成本最高，技术最先进，可满足重量更大的探测器软着陆要求，能精确着陆。美国“火星科学实验室”采用降落伞＋缓冲发动机反推＋空中起重机方式。

好奇号通过降落伞和空中起重机方式在火星表面着陆

为了载人登火星，美国还在研制“低密度超声速减速器”(LDSD)。它可用于大型航天器在火星着陆登，也能为大型载荷安全返回地球提供保障的突破性技术,但十分复杂,试验多次失败，所以还需要走较长的路。

4、洞察号采用反推式

洞察号与之前在火星北极着陆的凤凰号的着陆方式一样，采用反推着陆腿式，具体过程如下。

E－6.3分钟，开始执行进入程序（E代表进入大气层时刻）；

E－0.5分钟，完成进入姿态调整；

E－0秒，高度128千米，速度5.9千米/秒，进入角α=－12°；

E＋99秒，最大受热点，高度44.2千米；

E＋117秒，最大减速度7.9g；

E＋223秒，张开降落伞，高度12千米，速度415米/秒；

E＋238秒，抛防热屏蔽壳，高度10.3千米，速度132米/秒；

E＋300秒，雷达开始工作，高度5.5千米；

L－43秒，着陆器与钟形罩分离，高度1.1千米，速度61米/秒（L表示着陆时刻）；

L－40秒，重力调整，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分钟，等待降尘；

L＋7秒，各种展开用火工品开始点火；

L＋25分钟，太阳电池翼展开。

洞察号进入、下降和着陆时序图

5、着陆在极乐净土

洞察号在升空后飞行4.85亿千米，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）着陆，这是传说中的极乐净土。

洞察号着陆的椭圆区域，大约130千米长，27千米宽

埃律西昂平原位于火星赤道附近（北纬3.0°，东经154.7°），是一片平坦的熔岩平原，着陆场是位于平原的西边缘长130千米、宽27千米的椭圆区域。在着陆安全性、热控、光照、测控通信等方面具有较为有利的条件和较强的工程可实现性。它靠近火星的赤道，阳光充足，这对采用太阳能电源的洞察号有利；其海拔较低、地势平坦，这对着陆来讲相对安全。

美国各火星着陆器着陆点的火星地形图，红区代表高处，蓝区代表低处

其着陆点的选址花了4年时间。由于洞察号是研究火星内部的结构，因此需要选择“表皮”比较薄的地方。二是洞察号是原位式探测器，因此着陆点必须平坦。三是为了钻开火星地表浅层往下埋放探针，因此还要找个平坦松软的地方。四是着陆点要足够明亮和温暖，为探测器提供充分的太阳能。

为了使洞察号能够获得足够的太阳能，刚开始着陆点选在南纬15°~北纬5°，后来缩小到北纬3~5°，具体着落坐标点为：北纬4.5°、东经135.0°。因为这里地势平坦，没有沟壑，阳光充足，能为太阳能电池板充电。另外，该着陆点离好奇号火星车600千米，并且能跟目前运行的几个火星轨道器通信。为了在着陆过程中有足够厚的大气层来保证降落伞的缓冲需要，着陆点要低于火星大地水准面以下2.5千米，地形坡度要小于15°，石头不能太多，风化层较松软，方便着陆和钻5米深的孔。

火星的埃律西昂平原