洞察号火星探测器

**洞察號**（**InSight**）是一顆用於研究火星行星內部結構的火星無人著陸探測器。著陸器由洛克希德馬丁公司製造。洞察號名字來自其全名「**運用地震調查、測地學與熱傳導對火星內部進行探測**」（**In**terior Exploration using **S**eismic **I**nvestigations, **G**eodesy and **H**eat **T**ransport，縮寫簡稱 **InSight**）的首字母縮寫。
洞察號的任務是將一個裝載有地震儀及熱流偵測器的固定式登陸載具發射到火星表面，這個固定式登陸器 SEIS 是由法國國家太空研究中心（CNES）生產，並利用德國航空太空中心（DLR）製造的 HP3 熱傳感探頭來測量火星地質結構的導熱，以此研究火星的地質演化。這可以帶來對太陽系類地行星的新認識。為了降低洞察號的成本和風險，洞察號將使用與 2008 年登陸火星的鳳凰號相同的設計和技術。

洞察號最初計劃於 2016 年 3 月發射。然而，在發射前 SEIS 儀器發生故障失效，發射窗口也存在著問題，洞察號被送回位於科羅拉多州丹佛市的洛克希德馬丁公司工廠進行調整。之後，NASA 官方決定將額外花費約 1.5 億美元對洞察號進行調整，洞察號的成本將從之前的 6.75 億美元增加到 8.3 億美元，並於 2018 年 5 月 5 日 11:05 在美國加州中部的范登堡空軍基地成功發射。 在 2018 年 11 月 26 日 19:52:59，洞察號經過近 3 億英里（4.58 億公里）的旅程，成功降落在火星表面的埃律西昂平原上，它將部署地震計與熱挖掘探頭，並展開無線電科學實驗裝置，以補充對火星內部結構的研究。該任務由 NASA 的噴射推進實驗室進行管理。

## 歷史

該計畫一開始被稱為**火星物理監測站**（**Ge**ophysical **M**onitoring **S**tation，縮寫簡稱 **GEMS**），但應 NASA 要求在 2012 年更改為現名。 在 2010 年的 28 個提案當中，它是於 2011 年 5 月被發現計劃選中的 3 個提案之一，每個被選中的提案都獲得 3 百萬美元經費進行詳細的概念研究。2012 年 8 月，洞察號脫穎而出成為最終被選中的提案進行開發。此任務由噴射推進實驗室 (JPL) 管理，有多國科學家參與，而不包括發射火箭載具在內的經費限制在 4.25 億美元以內。

洛克希德馬丁公司於 2014 年 5 月 19 日開始建造著陸器，並於 2015 年 5 月 27 日開始對著陸器進行測試。

而由法國國家太空研究中心（CNES）供應的被稱為火星內部結構地震實驗儀（SEIS）的持續真空泄漏導致 NASA 宣布推遲洞察號發射計劃。此後，NASA 的噴射推進實驗室接管了 SEIS 真空容器的開發，而 CNES 則負責處理儀器集成和測試。洞察號被推遲後，其餘的部件全部被送回位於科羅拉多州的洛克希德馬丁公司工廠，而用於發射該太空載具的擎天神五號運載火箭則被分配到地球觀測衛星 WorldView-4 的任務中。

之後，NASA 官方於 2016 年 3 月 9 日宣布，將額外花費約 1.5 億美元對洞察號進行調整，洞察號的成本將從之前的 6.75 億美元增加到 8.3 億美元，並預計於 2018 年 5 月發射，於 11 月 26 日進行火星著陸。而飛航計畫保持不變，繼續使用加州范登堡空軍基地的擎天神五號運載火箭進行發射。NASA 的噴射推進實驗室的任務是為 SEIS 儀器重新設計並建造一個新的真空外殼，同時交由 CNES 進行儀器集成和測試。

2017 年 11 月 22 日，洞察號完成了被稱為 TVAC 測試的熱真空測試，太空載具在模擬空間條件下已經可以承受減壓和各種熱負荷。2018 年 1 月 23 日，經過長期存放後，再次對洞察號的太陽能電池板進行了部署和測試，含有公眾名字的矽晶片也被添加到著陸器中。

2018 年 2 月 28 日，洞察號通過 C-17 貨機從丹佛的洛克希德馬丁太空系統公司運送到加利福尼亞州范登堡空軍基地，並準備與運載火箭進行整合。2018 年 5 月 5 日，洞察號發射，並於 2018 年 11 月 26 日 19:54 抵達火星表面。

### 任務階段

2018 年 11 月 26 日，NASA 表示洞察號著陸器已成功降落在火星上，並接收到著陸圖像。該圖像展示的是遠處的火星地平線，由於拍攝時半透明的防塵蓋尚未去除，因此可以看到沾滿塵埃的鏡頭畫面。在未來幾天內，該防塵蓋將連同另一架相機的防塵蓋一同取下。

五小時後，在美國東部時間晚上 8:30，NASA 的火星奧德賽號軌道飛行器傳來了中繼信號，表明洞察號的太陽能電池板已成功展開並正在發電。奧德賽號還傳回了一組顯示洞察號周圍著陸點的圖像。之後洞察號將進行立體拍攝，以創建 3D 圖像，允許洞察號找到放置熱探測器和地震計的最佳位置。在未來幾周內，洞察號將持續監測著陸點周圍的天氣和溫度狀況。

洞察號的氣象套件（TWINS）和磁力計可進行遠程操作，但在著陸後十周內並不會啟用，而且任務還將需要三個月來部署和調試科學儀器。

2019 年 4 月 6 日，洞察號上的地震實驗儀（SEIS）探測到火星的地震，為人類首次。

2021 年 1 月 9 日，NASA 團隊宣布，由於遇到土質問題導致「熱傳感物理特性箱」的鑽頭挖掘打滑而無法繼續鑽探至所需深度，宣布該科學探測組件任務失敗。

由於火星上的沙塵逐漸覆蓋洞察號的太陽能發電板，導致電力輸出下降，存儲電量也逐步耗盡，在連續兩次和其進行聯繫失敗後，NASA 宣布洞察號因為電力耗盡於 2022 年 12 月 21 日結束任務。

## 目標

洞察號的主要目標是研究火星 
洞察號在火星上放置了一個固定的著陸器，用來研究其深層內部地質結構，以此探究內太陽系類地行星在 40 多億年前的形成過程和演變歷史。通過探究火星核心、地函和地殼的大小、厚度、密度和整體結構，以及行星內部熱量逸散的速度，洞察號將帶我們簡易了解內太陽系類地行星的演變過程。類地行星有著類似的形成方式，開始於一個叫吸積的過程。隨著原行星尺寸的增加，它的內部受到壓力變熱，並逐漸發展成為一個包含核心、地函和地殼的陸地行星。儘管這些類地行星有著類似的形成方式，但每個陸地行星後來的分化過程我們卻知之甚少。洞察號的任務是通過測量火星內部構成，了解火星演化並與地球對比，進而探究類地行星演化的異同點。

洞察號在執行任務期間將探測火星的地震活動，測量來自內部熱量的熱流率，以此估計火星核心的大小以及核心是液體還是固體，這都將是人類首次獲取這類數據。在火星上洞察號預計每年將探測到 10-200 個流星爆炸氣流，這些氣流將提供額外的地震聲信號，以此進一步探測火星內部。洞察號次要目標是深入研究地質物理學，並分析火星上的構造活動和隕石對火星的撞擊影響，從而了解地球上同樣過程的影響。洞察號採集的數據同現有數據相比，其地殼厚度，地函粘度，岩心半徑和密度以及地震活動精確度都將提升 3 倍至 10 倍。

就行星形成過程而言，火星是最適合的，同衛星相比，火星足夠大，足以經歷類地行星的早期吸積和內部加熱階段，但同其他類地行星相比也足夠小，可以最大限度地保留這些過程的跡象。

登陸後，洞察號將需要三個月的時間來部署科學儀器。之後它將開始觀察火星的任務，預計將持續兩年。

## 設計

洞察號登陸載具的設計將基於鳳凰號。其電源來自太陽能電池板，並且將降落於接近赤道處，以實現最大功率，使壽命預期可達 2 年（一個火星年）。隨洞察號發射的，還有兩個微型迷你衛星（MARCO），它們將作為洞察號的通訊中轉站。

### 規格：

**質量**

* 總計: 694 公斤（1,530 磅）
  * 著陸器：358 公斤（789 磅）
  * 減速傘：189 公斤（417 磅）
  * 巡航平台：79 公斤（174 磅）
  * 推進劑和加壓劑：67 公斤（148 磅）
  * MARCO 迷你衛星：每個 13.5 公斤（30 磅）

****外形尺寸****
: 太陽能電池板展開後寬約 6.0 公尺（19.7 英尺）。蓋板寬約 1.56 公尺（5.1 英尺），高 0.83 至 1.08 公尺（2.7 至 3.5 英尺）（由於著陸器支架可以壓縮大小可隨時變化）。機械臂長度為 2.4 公尺（7.9 英尺）。

**供電**
: 電力來源於兩個圓形太陽能電池板，每個直徑為 2.15 公尺（7.1 英尺），是由被諾斯洛普・格魯曼收購的軌道阿連特公司所生產的多結光伏電池組成，電池採用超柔性材料，主要成分為磷化銦鎵 / 砷化銦鎵 / 鍺。在火星表面著陸後，電池板會像摺扇一樣展開。

## 設備

洞察號裝備總重量為 50 公斤，包括科學儀器和輔助系統，如輔助傳感器套件，攝像機，儀器部署系統和雷射反射器。有效科學儀器主要有兩個，內部結構地震實驗儀（SEIS）和熱傳感物理特性箱（HP3）：

* **內部結構地震實驗儀（SEIS）** 將精確測量火星上的地震和其他內部活動，以便能更好地了解火星的歷史和結構。此外，它還將研究隕石撞擊對火星地殼和地函的影響，這為火星的內部結構提供了線索。SEIS 由法國國家太空研究中心（CNES）提供，除此之外，巴黎全球物理研究所（IPGP）、蘇黎世聯邦理工學院（ETH）、馬克斯・普朗克太陽系研究所（MPS）、倫敦帝國學院 (ICL)、法國高等航空太空學院（ISAE）、噴射推進實驗室 (JPL) 等也參與了研究工作。地震計還將探測來自火星的大氣波和來自火星衛星火衛一的重力信號（潮汐力），最高可探測達到 50Hz 的高頻地震波。之後，內部結構地震實驗儀（SEIS）發現存在持續真空泄漏，導致洞察號任務被迫推遲兩年。

　
: SEIS 儀器還裝備了一套氣象工具，用來探測影響實驗的大氣擾動。這些工具包括：

　
: 1. 由加州大學洛杉磯分校提供的向量磁力計，它將測量由火星電離層或太陽風引起的磁場干擾；

　
: 2. 由西班牙和芬蘭研究的探測車環境監測站，包含氣溫、風速和風向傳感器；

　
: 3. 由 JPL 提供的氣壓計。

* **熱傳感物理特性箱（HP 3）** 是由德國航空太空中心（DLR）提供的一種自穿透熱傳感探頭。它也被稱為「自錘釘子」，綽號為「鼴鼠」，它預計將在火星地表下 5 公尺（16 英尺）處挖洞，同時在其尾部帶有嵌入式熱傳感器，可測量熱量流經火星核心的速率，從而揭示有關行星內部演變的資訊。它包含精確的溫度傳感器，每隔 10 公分（3.9 英寸）就對地下的溫度分布進行一次測量。尾部的拖拽裝置是由波蘭 Astronika 公司提供。
* **自轉和內部結構實驗儀（RISE）** 是由噴射推進實驗室（JPL）領導的一項無線電科學實驗裝置，它將通過著陸器發射的 X 帶微波無線電進行分析，從而提供精確的火星自轉測量，以便更好地了解火星內部。根據之前的海盜號和探路者號數據的基礎，洞察號 X 帶微波無線電跟蹤的結果精度誤差將被控制在 2 公分以內，此外，在洞察號進一步探測後，火星章動的振幅也可以被確定。一旦更準確地確定自轉旋轉軸方向、進動和章動振幅，就可以計算出火星核心和地函的大小和密度，從而對類地行星的形成有著更為清楚的理解。
* **天氣和環境感應器（TWINS）** 是由西班牙國家研究委員製造的，它將對著陸點周圍的天氣、溫度和風速風向進行監測。

* **雷射反射器（LaRRI）** 是由義大利太空總署提供的角反射器，它被裝在洞察號的最頂層。即使在著陸器退役之後，它也能夠通過軌道器進行無源雷射測距，並作為擬定的火星軌道運轉網絡的節點。該裝置曾被裝在斯基亞帕雷利 EDM 登陸器上作為著陸雷射反射調查器（INRRI），其本身是個直徑 54 公釐（2.1 英寸），質量為 25 克（0.9 盎司）的鋁質圓頂，擁有 8 個二氧化矽反射器。
* **儀器展開臂（IDA）** 是一個 2.4 公尺的機械臂，用於將 SEIS 和 HP3 部署到火星表面。它也可以用於展開 IDC 相機。
* **儀器部署攝像機（IDC）** 是曾在火星探測漫遊者和火星科學實驗室計劃中使用的彩色導航攝像機。它被安裝在儀器展開臂上，將對著陸器上的儀器進行成像，並提供著陸點周圍地形的立體視圖。它具有 45 度角的視野，並使用 1024×1024 像素的電荷耦合器件探測器捕捉圖像。為獲得最佳解析度，IDC 傳感器最初設計是黑白色傳感器，後來由於開發期限和預算得到滿足，且避險相機達到測試標準，IDC 最終被替換為彩色傳感器。
* **背景攝影機（ICC）** 是也是曾在火星探測漫遊者和火星科學實驗室計劃中使用的避險彩色相機。它被安裝在著陸器表面的下面，並擁有視角為 120 度的廣角全景攝像機，提供儀器部署區域的互補視圖。同 IDC 一樣，它也使用了 1024×1024 像素的電荷耦合器件探測器。

## 發射

洞察號於 2018 年 5 月 5 日 11:05 在范登堡空軍基地的第三（東）發射場由擎天神五號運載火箭成功發射。這也是從加利福尼亞州發射的第一個行星際飛行任務。

該項發射計劃由 NASA 負責管理。洞察號原定於 2016 年 3 月 4 日從范登堡空軍基地發射，但由於 SEIS 儀器上的持續真空泄漏，已於 2015 年 12 月被取消，新安排的任務將於 2018 年 5 月 5 日。

在 2018 年 11 月 26 日，在耗時 6.54 個月，跨越 4.84 億公里（3.01 億英里）後，洞察號登陸成功，將開始為期三個月的部署階段，之後將開始為期兩年（約一個火星年）的任務。

## 著陸位置

由於洞察號的科學目標與火星特定表面特徵無關，因此潛在著陸地點的選擇主要是基於實用性的考量。登陸地點選擇條件為：接近火星赤道以確保整年充足的陽光供太陽能板發電，位於低海拔以確保在進入大氣層後，登陸之前有足夠時間進行大氣剎車，平坦少岩石以減低登陸時遇到困境的機率，以及夠鬆軟的地質使熱流探測器能深入地層內。

由於埃律西昂平原完全符合上述要求的最佳選擇，因此所有 22 個最初登陸位置都位於此區域。其他唯二位於赤道且低海拔的區域，伊希地平原及水手峽谷的岩石都太多了，此外水手峽谷的地形梯度太陡，無法確保安全著陸。在 2013 年 9 月，最初的 22 個候選地點減少到僅剩 4 個，火星偵察軌道器將觀測此四個地點取得更多資訊，直到確定最終地點為止。每個地點都由一個著陸橢圓組成，這個尺寸大約是 130×27 公里（81×17 英里）。

2017 年 3 月，噴射推進實驗室的科學家宣布著陸點已經確定。它位於埃律西昂平原西部，北緯 4.5° 東經 135.9° 的位置。登陸點位於好奇號火星車在蓋爾撞擊坑著陸區域以北約 600 公里（370 英里）。

### 著陸

2018 年 11 月 26 日 19:54，洞察號成功登陸於埃律西昂平原。將開始為期三個月的部署階段，之後將開始為期兩年（約一個火星年）的任務。

### 探勘

2018 年 12 月 7 日，洞察號首次捕捉到火星的風聲。

### 每日播報

美國太空總署從 2019 年 2 月 19 日開始根據「洞察」號無人探測器提供的數據在網上發布火星每日天氣報告，提供火星氣溫、風速、氣壓等資訊。

## 微型衛星

MarCO 是一對立方體衛星，來幫助洞察號在進入、下降和著陸階段進行中繼實時通信（8 分鐘延遲）。兩顆命名為 MarCO A 和 B 的衛星是完全一樣的。它們大小為 30 公分 ×20 公分 ×10 公分 (11.8 英寸 ×7.9 英寸 ×3.9 英寸)，並進行互補飛行。兩顆微型衛星連同洞察號一起發射，之後它們與巡航平台分離，並從登陸器兩側飛向火星。在洞察號進去大氣時，它們沒有進入軌道，而是在火星上方飛行，並與洞察號實時傳輸信號。

 

## 參與團隊

洞察號的科學和工程團隊十分強大。他們由來自美國、法國、德國、奧地利、比利時、加拿大、日本、瑞士、西班牙、波蘭和英國等各個機構和領域科學家組成。

領導火星探測漫遊者計劃的科學家 W. 布魯斯・巴內特是洞察號計劃的主要研究者，並參與了 SEIS 儀器的研發。蘇姍妮・斯姆雷卡爾對行星的演化進行了廣泛的研究，並參與設計了熱流量儀器，是 HP3 儀器的主要領導者。RISE 的首席研究員則是來自 JPL 的威廉・福克納。洞察號的任務團隊還包括計畫經理湯姆・霍夫曼和計畫副經理亨利・斯通。

**主要國家機構：**

* 美國航空暨太空總署（NASA）
* 法國國家太空研究中心（CNES）
* 德國航空太空中心（DLR）
* 義大利太空總署（ASI）

**其他貢獻機構：**

* 噴射推進實驗室（JPL）
* 洛克希德馬丁公司（LMT）
* 巴黎全球物理研究所（IPGP）
* 蘇黎世聯邦理工學院（ETHZ）
* 馬克斯・普朗克太陽系研究所（MPS）
* 倫敦帝國學院（ICL）
* 法國高等航空太空學院（ISAE-SUPAERO）
* 牛津大學（Oxford）
* 西班牙天體生物學中心（CAB）
* 波蘭科學院空間研究中心（CBK）

## 姓名晶片

作為公眾宣傳活動的一部分，NASA 組織了一項計劃，讓公眾可以在洞察號上將他們的名字發送到火星上。由於之前的推遲發布，共進行了兩輪註冊，在 2015 年登記了 826923 個名字，2017 年又增加了 1602884 個名字，共計達 2429807 個名字。全部通過電子束蝕刻到大小為 8mm（0.3 英寸）矽晶片中，每個字母蝕刻寬度只有頭髮寬度的 1/1000。第一塊晶片於 2015 年 11 月安裝在著陸器上，第二塊晶片於 2018 年 1 月 23 日安裝。

## 圖像

* *

## 參見

* 好奇號
* 火星探測
* 太陽系探測器列表

## 參考

## 外部連結

* _InSight_ （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） NASA 洞察號
* _InSight_（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） NASA 火星探測計劃
* _InSight_ （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） NASA 洞察號傳回圖片 (RAW)