InSight

（Interior Exploration using Seismic Investigations， Geodesy and Heat Transport，意為利用地震勘測、地質測量與熱傳導的火星內部探測，中文一般按英文縮寫譯為

洞察號

）是美國宇航局發現計劃的一部分，也是火星探測計劃的組成部分。

洞察號的任務

洞察號

的任務是向火星表面發射一顆火星地質物理研究的著陸器，利用地震儀等裝置對火星內部進行立體化探測研究，

主要目標是研究火星內部地質結構

，透過對火星核、地幔、地殼的大小、厚度、密度等進行探測，找出與地球地質狀況的異同，由此探究太陽系類地行星的形成和演化。

儘管

洞察號

的研究是透過火星開展的，但對於

太陽系類地行星40億年的形成和演化

研究也具有重要意義。

洞察號著陸器

美國20世紀70年代發射的

海盜號

探測器裝有地震儀。

海盜2號

探測到著陸器所在地火星地殼厚度為14-18千米。

海盜2號

地震儀探測到了來自火星風的振動，補充了氣象學的結果。

阿波羅計劃

登月時也攜帶了月震儀，為

月球地震學

提供了許多資料，包括髮現了月震。阿波羅月震臺網一直執行到1977年，至少探測到28次里氏5。5級的月震。

洞察號

的一個任務便是

比較地球、月球和火星的“地震”資料

以瞭解更多資訊，尋找一個最為基本的科學問題的答案：

固體行星是如何形成的？

洞察號

採用的技術與以前的探測器相似，但更加精準可靠。

這些儀器將測量火星表面以下的結構、物理和化學特性，探測固體行星形成過程的“指紋”，以及測量行星的“生命體徵”，包括

“脈搏”

（地震學）、

“溫度”

（熱流探測器）和

“反射”

（精確跟蹤）。

洞察號著陸器防熱外殼組裝

洞察號攜帶的儀器

洞察號

探測器採用了

鳳凰號

著陸器的設計方案，可以節約時間和成本。

探測器總重量694千克，含巡航級、防熱外殼、著陸器、推進劑等。

一般將著陸器直接稱為

洞察號

，重量為358千克，尺寸為6。0×1。56×1。0米，配備兩個可摺疊的太陽能板，展開後寬度約6米。星上裝置等由

太陽能電池

和

鋰電池

提供，功率600瓦。

洞察號著陸器

洞察號

可謂是一個

多國合作

的專案，安裝的儀器分別來自於美國和歐空局，主要有：

內部結構地震實驗儀（SEIS），由法國航天局（CNES）提供，法國、瑞士、德國、英國等共同參與制造；熱流和物理特性包（HP3），包括加州大學洛杉磯分校提供的向量磁力計，德國航空航天中心提供的輻射計和熱流探頭；旋轉和內部結構實驗（RISE），由噴氣推進實驗室提供；溫度和風監測儀（TWINS），由西班牙天體生物學中心製造；鐳射逆向迴流器（LaRRI），由義大利航天局提供；儀器機械臂（IDA）；儀器部署相機（IDC）；儀器上下方相機（ICC）等。

旋轉和內部結構實驗RISE

可防風的地震測量儀

靈敏度

極高，足以“感知”

尺度為氫原子半徑的地面運動

，記錄火星震或隕石衝擊所引發的震波；溫度測量裝置可透過錘擊到達火星地下3米或更深處，測量

火星核心釋放的熱量

；而旋轉和內部結構實驗儀可以透過火星與地球間的無線電傳輸，來評估火星繞軸旋轉產生的擾動，用以提供

火星核心大小

的線索。

內部結構地震實驗儀剖面圖

另外，

洞察號

還配備了

兩顆13。5千克的

雙胞胎迷你衛星

，它們也是

首批

進入行星際空間的立方體衛星，在

洞察號

著陸時，把

遠距離遙測結果

直接發回地球，提供中繼服務。

洞察號的伴隨立方星

洞察號

裝備的兩臺相機則進行天氣方面的測量工作。

洞察號著陸火星

2018年5月5日，

洞察號

在范登堡基地由宇宙神V型火箭發射。

洞察號發射

為了確保

洞察號

成功進入、下降和著陸火星，工程師們在接近段開始緊張的準備工作。時間大約在

洞察號

進入火星大氣層前60天開始，一直持續到其進入火星大氣層。

主要操作包括最後的軌道修正，對

洞察號

進入火星的軌道進行

最後調整

，必要時更新通訊和電源的控制軟體；頻繁的遙測工作，監視洞察號位置，確保準確啟動制動系統。然後啟動進入、下降和著陸軟體，更新引數。

2018年11月26日上午12時，

洞察號

登陸火星。

著陸前，

洞察號

著陸器需要穿過火星稀薄的大氣層，首先是防熱外殼減速階段，在下降過程中，防熱罩被加熱到1500°C。

距離火星表面11。1千米時（此時速度約385米/秒）展開降落傘。幾秒鐘後，防熱外殼從著陸器上脫落，洞察者支腳伸展，並啟動著陸雷達。

當下降速度降到約60米/秒、高度下降到1100米時，拋掉後保護殼，同時啟動反推固體火箭。

最終，

洞察號

以大約每秒2。2米的速度降落，

準確降落地為一個叫

極樂世界

（Elysium Planitia）的地方，著陸點為火星北緯4。5°，東經135。6°。

洞察號著陸位置（偏右）

記錄到火星風

洞察號

著陸器降落火星後，

溫度和風監測儀氣象套件

（

TWINS

）和

磁強計

開始投入使用。部署和除錯其他地質科學儀器大約需要延遲3個月。

溫度和風監測儀TWINS

由於接近赤道，

洞察號

太陽電池板全部展開後，產生的電能高達4。6千瓦時/火星日，

創造了火星著陸器的新紀錄

。

這個電能足以支援各儀器開展正常探測工作。

12月7日，

洞察號

用內部結構地震實驗儀記錄到火星風的聲音，雖然聲音相當低，卻是

人類首次記錄到火星風的聲音

。

洞察號著陸後發回的第一張照片

2

018年12月19日，內部結構地震實驗儀由機械臂部署在火星表面，在2019年2月4日除錯後，開始全面投入使用。

2019年2月12日又部署了

熱流和物理特性包

。2月28日，熱流與物理特性包開始挖掘火星表面。

熱流和物理特性包

熱流和物理特性實驗任務失敗

探測器配備的挖掘器名為

鼴鼠

，計劃在此後2個月間挖掘

最深5米

的深度。但到3月7日，

鼴鼠

只向前伸了約35釐米，即離開其結構的四分之三。

按計劃，必須達到地面以下

至少3米

才能開展有用的研究，地面技術人員試圖找出其工作不良的原因並研究解決方案。

這期間，

洞察號

探測到了

第一個火星震

，在2019年9月又發現了不明原因的

磁脈衝

和

磁振盪

訊號。

鼴鼠挖掘器

2019年10月，噴氣推進實驗室的研究人員得出結論，

鼴鼠

挖掘器不能向縱深掘進，可能是由於火星土壤無法為挖掘器四個支腳提供足夠的摩擦力，導致

鼴鼠

反向轉動形成寬坑而不是挖得更深。

他們嘗試了釘扎的方法，即將鏟子壓在

鼴鼠

掘進孔壁的一側以增加摩擦，但這個方案的效果也不是很好。

經過各種努力，2020年6月，

鼴鼠

挖掘器終於鑽進了地下，但很快又反彈回來。

在近兩年的時間裡嘗試了許多不同的方法

，以使

鼴鼠

鑽地更深，

但最終嘗試

沒有成功

。

2021年1月9日進行了最後一次挖掘嘗試，估計最後只掘入地下約43釐米，遠

遠達不到可以開展研究的深度

。

鼴鼠的最後努力

2021年1月14日，由於著陸點的土壤性質與儀器設計不能很好配合，

熱流和物理特性實驗任務宣告結束

。

正常的表層下熱流實驗示意圖

洞察號對一年工作的總結

2020年2月24日，

洞察號

對一年的工作進行了總結，

研究發現火星存在

活躍的地震、旋風式塵暴和磁脈衝

。

宇航局根據

洞察號

獲得的新資料，發現著陸點的火星磁場比先前想象的強10倍左右，而且具有較大的波動性。

內部結構地震實驗儀、旋轉和內部結構實驗、溫度和風監測儀仍繼續執行。

按宇航局最新的計劃，

洞察號

在火星表面任務將延長兩年，直到2022年12月底。

本文未註明來源的圖片主要引自美國國家宇航局網站

作者簡介：李成智，北京航空航天大學人文社會科學高等研究院教授、博士生導師。