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來(lái)源:IP創(chuàng)新贏(ID:IP2win)
作者:趙潔 審協(xié)北京中心機(jī)械部
原標(biāo)題:5月5日,和洞察號(hào)一起飛向火星【IP創(chuàng)新贏】
今天,美國(guó)將發(fā)射“洞察號(hào)”火星探測(cè)器,除了與“洞察號(hào)”一起飛向火星的240多萬(wàn)個(gè)名字以外,還有一項(xiàng)容易被別人忽視的新技術(shù)將被應(yīng)用。現(xiàn)在我們就從即將發(fā)射的洞察號(hào)說起。
根據(jù)美國(guó)航空航天局(以下簡(jiǎn)稱NASA)官網(wǎng)公布的消息,作為“InSight”火星探測(cè)計(jì)劃中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié),“洞察號(hào)”火星探測(cè)器將在5月5日上午7:05,于美國(guó)西海岸的加利福尼亞范登堡空軍基地發(fā)射升空。
對(duì)于這次發(fā)射“洞察號(hào)”的意義,小贏想用美國(guó)國(guó)家地理頻道播出的熱門劇集《火星探索》(MARS)中的一句話來(lái)概括:人類正在為在那顆紅色星球上迎接我們的未來(lái)而努力嘗試。
《MARS》宣傳海報(bào)(圖片來(lái)源自網(wǎng)絡(luò))
作為人類最有可能移民的星球,科學(xué)家們對(duì)火星的探索和研究從來(lái)就沒有停止過。本世紀(jì)以來(lái),主要的火星探測(cè)活動(dòng)有:
2001年10月23日,美國(guó)“奧德賽”號(hào)衛(wèi)星進(jìn)入環(huán)繞火星軌道;
2003年12月25日,歐洲“火星快車”號(hào)衛(wèi)星進(jìn)入環(huán)火星軌道;
2004年1月3日,美國(guó)“勇氣號(hào)”探測(cè)器著陸火星;
2004年1月25日,美國(guó)“機(jī)遇號(hào)”火星漫游車安全著陸;
2008年5月25日,美國(guó)“鳳凰號(hào)”探測(cè)器在火星北極著陸;
2012年8月6日,美國(guó)“好奇號(hào)”火星車成功登陸;
2014年9月24日,印度的“曼加里安”號(hào)衛(wèi)星成功進(jìn)入火星軌道。
……
……
從上面的圖片可以看出,美國(guó)NASA登陸火星表面的探測(cè)器分為兩種:一種是能移動(dòng)的火星車(例如勇氣號(hào)、機(jī)遇號(hào)、好奇號(hào));另一種是著陸后就不能移動(dòng)的著陸器(例如鳳凰號(hào))。
本次發(fā)射的洞察號(hào)就是以鳳凰號(hào)為藍(lán)本開發(fā)的著陸器,一旦著陸就不能移動(dòng),大部分的科學(xué)任務(wù)是通過諸如鉆探實(shí)驗(yàn)來(lái)完成,并僅限于著陸位置下方。
與“鳳凰號(hào)”著陸在火星北極附近不同,這次“洞察號(hào)”計(jì)劃降落在溫度較高的火星赤道附近。這樣洞察號(hào)能獲得更充足的太陽(yáng)能電力,開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)的速度和壽命都會(huì)更長(zhǎng)。
洞察號(hào)的探測(cè)任務(wù)有兩個(gè):
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(dòng)和隕石撞擊情況:需要測(cè)量?jī)?nèi)部地震活動(dòng)的幅度、速度和地理分布;測(cè)量隕石撞擊地表的速度。
為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo),洞察號(hào)搭載了兩件利器:內(nèi)部地震試驗(yàn)儀(SEIS)以及熱流和物理性能組件(HP3)。
地震試驗(yàn)儀(SEIS),能通過對(duì)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(jìn)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(gè)例子,洞察號(hào)就像是為火星來(lái)一次超聲波檢查!
(如果對(duì)為什么地震試驗(yàn)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(cè)火星內(nèi)部的熱量傳輸情形。鉆孔能否成功是熱流試驗(yàn)?zāi)芊癯晒Φ年P(guān)鍵,當(dāng)然成功的一部分因素還包括運(yùn)氣成分,如果著陸地點(diǎn)下方就是堅(jiān)硬的巖層,那么……?。ㄗ6床焯?hào)好運(yùn))
(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(chǎng)了。本次隨“洞察號(hào)”發(fā)射的還有兩個(gè)立方星:“火星立方一號(hào)”——MarCO,每個(gè)均為手提箱大小,將在洞察號(hào)著陸前提前分離,進(jìn)入預(yù)定的繞火星的軌道。這是首次將立方星應(yīng)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(hào))能夠作為洞察號(hào)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(dāng)人類未來(lái)對(duì)沒有中轉(zhuǎn)站的星體進(jìn)行探索時(shí),可以在發(fā)射著陸器的同時(shí)發(fā)射這種體積小、重量輕但功能強(qiáng)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(gè)立方塊,所以被稱為立方星。目前,國(guó)際上對(duì)立方星通用的體積單位是1U(10*10*10cm),目前國(guó)際上設(shè)計(jì)立方星都是采用1U的整數(shù)倍。這次隨洞察號(hào)發(fā)射的就是兩枚6U的立方星。
由于洞察號(hào)的許多技術(shù)都涉密,所以很少能找到與洞察號(hào)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(qǐng)。
NASA在其專利申請(qǐng)(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(jì)、離子/中性粒子質(zhì)譜儀、陀螺儀、無(wú)線電信標(biāo)、機(jī)載計(jì)算機(jī)等等。太陽(yáng)能板202可以直接覆蓋在立方星的全部外表面,為整個(gè)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(yáng)能板和天線,以便更穩(wěn)妥的為洞察號(hào)保駕護(hù)航。
洞察號(hào)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(mèng)想和希望。
根據(jù)我國(guó)的火星探測(cè)計(jì)劃,在不遠(yuǎn)的將來(lái),也就是2020年左右,我國(guó)也將發(fā)射火星探測(cè)器。在預(yù)?!岸床焯?hào)”成功發(fā)射的同時(shí),也衷心希望我國(guó)在成功實(shí)現(xiàn)航天工程和探月工程兩大空間探測(cè)活動(dòng)之后,在火星探測(cè)工程上也能早日突破,圓滿完成。
來(lái)源:IP創(chuàng)新贏(ID:IP2win)
作者:趙潔 審協(xié)北京中心機(jī)械部
編輯:IPRdaily趙珍 校對(duì):IPRdaily縱橫君
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