美国宇航局的新火星着陆器周一将经历“恐怖七分钟”

距离 NASA 首次在火星表面着陆航天器已经过去了六年，但这种情况即将改变。11 月 26 日，一项名为“洞察号”的新任务将尝试进入稀薄的火星大气层，并降落在“埃律西昂平原”地区，该区域位于“好奇号”火星车漫游区域的正北方。与其他火星任务（着陆器和探测车被派去绕行沙质陨石坑或研究表面特征）不同，洞察号将是第一艘在火星上观察火星内部运作的航天器。

火星表面有很多东西让科学家感兴趣，但对火星内部发生的事情却知之甚少。我们不知道火星核心的具体成分、大小，也不知道火星的地质活动有多活跃。为了了解这些谜团，我们必须深入火星表面。这正是 InSight 的专长。

但首先，着陆器必须经受住进入大气层、下降和着陆（也称为 EDL）期间的“七分钟恐怖时刻”。“我们真的很兴奋，”洞察号项目经理汤姆·霍夫曼说。“没有什么比登陆火星更令人兴奋的了。到目前为止，我们的情况很好。我们基本上已经尽了一切努力做好准备。”

在 InSight 正式开始向火星发射 EDL 之前，地球团队必须确保覆盖了所有可能出现的情况。

InSight 将如何坠落

在 EDL 前约 24 小时，NASA 喷气推进实验室的团队将进行最后的修正操作。为了使 EDL 顺利进行，航天器必须以完全正确的角度撞击大气层。角度太陡，它会蒸发并燃烧得比你说“哦不”还快；角度太浅，它会从大气层反弹并漂浮到太空中。

在着陆前几天，直到 EDL 前 22 小时，NASA 的深空网络将使用多普勒频移帮助跟踪航天器。这是发出命令纠正 InSight 轨迹的最后机会。

EDL 的最后倒计时开始于太平洋时间上午 9 点左右，即航天器与火星相遇的三个小时前。此时深空网络将开始使用一种名为 DELTA DOR 的跟踪方法：地球上的大型天线同时跟踪航天器，科学家通过观察两者之间的信号返回延迟来精确定位物体。为了纠正由于大气条件、太空天气或地面微小干扰造成的任何误差，NASA 还将让天线测量类星体（一种极其明亮的星系核）。我们非常确定这些发光物体距离我们有多远，因此通过深空网络天线同时定位它们的射电源和射电源，NASA 就可以知道航天器的确切位置。

在 EDL 前约 10 分钟，InSight 将释放其巡航级。这是自发射以来一直保护航天器的保护罩。一旦它消失，接下来就是七分钟的恐怖时刻。以下是 InSight 必须完成的任务，任务控制中心才能松一口气：

EDL 故障：

• 当 InSight 首次进入火星大气层时，其速度将达到每小时 13,000 英里左右。

• 隔热罩的温度将高达 2500 华氏度，足以熔化钢铁。隔热罩将保持这一温度约 3.5 分钟，直到降落伞打开。降落伞将保持充满状态 30 秒，此时 InSight 将放下隔热罩。

• 此后，洞察号的机载雷达将立即启动，开始探测这颗行星。每次雷达反射，航天器都会测量它与地表之间的距离，以及它的速度。

• 着陆前约 40 秒，InSight 将抛弃所有这些附件，然后自由落体约一分钟。它将旋转着远离翻滚的降落伞和隔热罩，以避免损坏。

• 洞察号着陆前几秒，它将启动推进器，为接触做准备。在不到七分钟的时间里，着陆器的速度将从每小时 13,000 英里降到每小时 5 英里。

InSight 电话回家

为了让我们知道任务是否安全着陆，我们通常需要在恰当的时间在上空发射一颗通信卫星，以便将数据发回地球。但洞察号带来了自己的数据。这是首次使用两颗个性化通信立方体卫星 MarCO A 和 MarCO B（任务控制中心的人称之为“Marco/Polo”）发射的行星任务。这些麦片盒大小的卫星将充当恐怖七分钟的“弯管”中继。当航天器完成每一项任务时，从巡航阶段释放到发射推进器，它将向 MarCO 对发送数据——后者将立即将信息传递到深空网络和 JPL 的任务控制中心。

这些数据存在时间延迟，因此如果 InSight 未着陆，任务控制中心需要八分钟才能发现。但团队很乐观。着陆后，InSight 将立即拍摄第一张照片并将其发回地球，尽管照片看起来可能很尘土飞扬：着陆时扬起的细小灰尘颗粒仍会漂浮在周围。

“一旦我们得到成功着陆的迹象并传回第一张照片，EDL 工作人员和导航团队就会去庆祝，”霍夫曼说。“但我们其他人必须开始这项任务的科学部分：登陆火星的全部意义在于进行酷炫的科学研究。”

在 InSight 着陆、拍摄周围环境照片并对着陆器附近的地面进行良好勘测后，团队将再次执行 EDL 的微型版本任务。与其他将仪器设计为底盘一部分的着陆器不同，InSight 在甲板上携带科学工具，必须使用铰接臂将它们拾起、移出并慢慢地放到火星表面。这在其他星球上从未做过，这个过程大约需要三个月。不过，现在让我们专注于着陆机器人本身。成功还远未得到保证。

“只要你能成功登陆火星，那都是非常令人兴奋的，因为国际上总体的成功率并不高，”霍夫曼说。“大概只有 40% —— 这始终是一个挑战。”

11 月 26 日， 《大众科学》将前往美国宇航局帕萨迪纳的喷气推进实验室亲眼见证 InSight 号着陆器的惊险下降过程，届时请继续关注。

更正：本文的先前版本对声速的引用有误。我们对此错误深表遗憾！