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“拯救鼹鼠”历时一年半颁布败北,NASA洞察号遗憾放弃打洞

新浪网 2021-01-22 SG讲故事 读取中...人已围观

简介来源:华夏科普博览2021年第一篇推送,是个令人怅然的故事。 就在前几天,挣扎已久的NASA毕竟采用躺平,发布洞察号的热流探测仪始末多次抢救无效,将摈弃打洞,拜别火星搜索舞台。 洞察号着陆器探索火星内

来源:华夏科普博览2021年第一篇推送,是个令人怅然的故事。

就在前几天,挣扎已久的NASA毕竟采用躺平,发布洞察号的热流探测仪始末多次抢救无效,将摈弃打洞,拜别火星搜索舞台。

洞察号着陆器探索火星内里结构的艺术联想 「 Credits: IPGP/Nicolas Sarter热流探测仪是洞察号探测器的焦点科学仪器之一,目标是将钻头打入火星地下五米深处,衡量火星内里的温度。这个小小的钻头又有个热诚的昵称—“鼹鼠”。

即是这个小东西 「 NASA然而,打个洞偏偏就这么难,洞察号花了一年半时间,用了种种想法,愣是没有把这个“温度计”打下去。这场历时一年半的“解救鼹鼠”步履,不绝在勤勉,也不绝在败北,偶然仿佛看到希望了,偶然又打回了原点。

事实上,就在二个月前,项目组还把“胜利将鼹鼠钻入地下”动作“两周年归纳”的成绩之一,表示要不绝打下去呢。

唉,气氛忽然有点难堪…初登火星时间倒回二年前。

2018年11月26日,2018火星窗口里独一的火星职分,万众瞩目的洞察号着陆器胜利踏上火星赤道以北的埃律西昂平原西部。

洞察号着陆区一带的地形,底图MOLA;2018年12月6日,NASA火星勘察轨道飞行器用HiRISE相机拍到了着陆区一带的高清照片,和隔热盾、降落伞残骸。图像分辨率高达0.25米/像素这边阳光充足、形势地平,而且土质细腻,连石块都别国几个,从工程上来说,埃律西昂平原西部是个充裕安全的着陆点。只是当时谁也没想到,这边“不寻常”的泥土性子,为之后热流探测仪的安装带来了无限的困扰。

洞察号脚下细腻的血色土地 「 NASA/PIA22872洞察号着陆器率领了两大中枢科学仪器:火震仪和热流与物理性质探测仪,议定“系绳”与着陆器主体毗邻。虽然洞察号自己是NASA主理的职司,但这俩中枢仪器都是欧洲研制的:火震仪要紧由法国国家空间主旨 和巴黎地球物理学院负责,热流探测仪要紧由德宇航负责。

洞察号构造 「 NASA/JPL-Caltech两个仪器都是必要平稳安装在火星外貌上然后能力进行科学观测的。

2018年12月上旬,洞察号项目组选定的用于安装两个仪器的地区,约4×2米界线 「 NASA/PIA22874项目组从来计划花2-3个月岁月来安装这两个仪器。当然,目前的我们已经懂得了,他们其时仍是太自豪了,对待热流探测仪来说,这个岁月将是—永远。

踌躇满志安装火震仪的“夹娃娃”操作依然挺利市的。2018年12月19日,呆板臂支配抓钩抓出六边形的火震仪,放置在火星外表。2019年2月2日,洞察号又利市给火震仪罩上了隔风隔热的保护罩。

洞察号安装火震仪和爱护罩历程实拍 「 NASA/JPL-Caltech2019年2月12日,洞察号开端安装热流探测仪。呆板臂再次摆布抓钩,抓起热流仪挪到距离火震仪约一米开外的预定处所,满以为前期绸缪劳动不久就要完成了。

洞察号挪动转移热流探测仪历程实拍 「 NASA/JPL-Caltech/DLR接下来,只要热流探测仪的钻头“鼹鼠”一路打洞到地下五米深就行了,so easy!

洞察号热流探测仪打洞示意图 「 DLR [3]遥想下周的打钻工程,项目组的工程师们在谨慎之中也忍不住洋溢出自豪来:“鼹鼠”还没正式下钻,巨匠以致已经提前把庆功蛋糕给吃了。

2019年2月21日,DLR项目组的庆功蛋糕,蛋糕上写着“恭喜仪器安设胜利!” 「 DLR这个“鼹鼠”,不会打洞之后的一周里,“鼹鼠”正式启动打洞程序,专家神往着很快会传回胜利的动静。

但结果宛若不太梦想。

2月28日,“鼹鼠”劳动了四个小时,这是它的单次劳动时长上限,之后就要安息散热。此次钻孔打了约二十厘米深,而且还歪了15度,远他国达到预定的七十厘米深。

传回的数据还体现,“鼹鼠”在发轫打洞的五分钟后就已经抵达了这个深度,之后就没再下得去了。

大约是云云,打不进去,还歪了 「 NASA/JPL-Caltech/DLR不过在阿谁工夫,项目组依然挺乐观的,终归钻头也没坏,并且五分钟就打了二十厘米哎!不是很腻害么!彼时还别国人把这当成什么不可克服的大问题。只是谁也别国想到,恶梦已经发轫了。

那时的工程师们琢磨,可能的理由有两个:1)“鼹鼠”可能遇到了石块之类的障碍物,被卡住了;2)相连“鼹鼠”的系绳可能被什么缠住了,因此“鼹鼠”被“拽住”了。

毕竟是哪种原因,还需要更多试验。这些试验既包括在火星上一直捣鼓钻头,同时用火震仪和相机观察钻头下钻时刻的变化;也包括在地球上模拟钻头打洞能够遇到的境况—一台热流探测仪的复制品从德宇航被送到了NASA喷气动力实验室,供NASA的工程师们协同切磋原因和解决方案。

NASA工程师试验“鼹鼠”模子 「 NASA/JPL-Caltech到了四月中旬,双方的工程师们都逐渐意识到了第三种不妨的理由:不妨是着陆区的泥土摩擦力不足,导致“鼹鼠”打不下去洞。

为啥打洞还跟摩擦力有关?这就要从“鼹鼠”的结构和打洞道理提及了。

洞察号的热流探测仪由支撑构造和钻头构成,两者由系绳连接。

洞察号热流探测仪组织和实物图「 汉化自:NASA/DLR/HP3 Team钻头长约四十厘米,背面连着450多厘米的系绳,系绳上差异的间隔安设了温度传感器。等热流探测仪就位之后,举座探测仪能够测量从地表到地下五米深处多个深度的温度和钻头处的热传导率。

钻头“鼹鼠”和系绳上的温度传感器分布 「  Max Planck Institute/DLR清楚明明,系绳是软的,只有强硬的钻头有打洞本领,须要钻头自身向地下打洞,把系绳带到地下深处。

“鼹鼠”钻孔时,内里的电机启发钻头,欺诳弹簧的伸缩督促锤击体系,一点一点向下挺进。

“鼹鼠”的每个打钻周期这种“一拱一拱”的神气神似鼹鼠打洞,这也是钻头昵称“鼹鼠”的由来。

钻头“鼹鼠”打洞原理 「  DLR这种打洞格式可能进行下去的前提条件是,土壤必要有充足的摩擦力维持钻头勾留在已有深度处,假如摩擦力不足以均衡反冲力的话…钻头就会随着弹簧的回缩而被拉回去,之前锤进去的那一下也就白干了。

事实上,洞察号遇到的,便是如许尴尬的状况。

进去一点,又出来了,真是急死人但那期间的项目组如故乐观,以为“假如是第三种原由,那反而好办了”—增补摩擦力不就行了么。

“拯救鼹鼠”步履2019年6月,两边的工程师们开始了拯救“鼹鼠”的实验,他们计划用铲子压实“鼹鼠”左右的土壤,以此来补充打洞时的摩擦力。

地球上的模拟尝试 「 NASA/JPL-Caltech项目组找到了两个可以有效的“按压点”,计算机模拟呈现,1号按压点的成绩会更好,但1号按压点被支柱组织的底座挡住了。

两个可能灵验的“按压点”场所和相应爆发的压力图「 DLR好办,挡了就挪走。2019年6月1日,抓钩再次出动,把支柱布局往后移动了二十厘米。

ICC相机和IDC相机差别拍摄的搬动进程,支持布局底座的痕迹清晰可见 「  NASA/JPL-Caltech挪开支架后的影像也证实了“鼹鼠”无法打洞的原因:确实是因为这里的土壤摩擦力太小。

但7-8月的压土操作异国成功,“鼹鼠”并没能继续下钻。

铲子按压土壤的痕迹 「 NASA/JPL-Caltech9月是火星合日,通信决绝,洞察号休假一个月。

10月初,新一轮拯救打算开头,项目组测试了另一种添加摩擦力的方法:用铲子侧压住“鼹鼠”,直接把它固定住无法回弹。

这次成就好了一点,“鼹鼠”总算又下钻了二厘米。

总算动了 「 NASA/JPL-Caltech眼看着“鼹鼠”霎时就要满堂钻入地下,胜利在望。

就差一点了 「 NASA/JPL-Caltech然而到一十月下旬,病情又频频了。本来已经快没入土中的“鼹鼠”忽然又滑出来了。

又白忙活了 「 NASA/JPL-Caltech此时已经是2019年10月26日,洞察号着陆后的第325个火星日,而“鼹鼠”几乎又回到了起始。

接下来的几个月,照旧是这样进进退退,令人越来越浮躁。洞察号就这样迎来了2020年。

2020年2月,忍无可忍的项目组酌定破釜沉舟,冒着没关系毁坏“鼹鼠”的危机,用铲子正面压上了鼹鼠,想直接把它怼下去—这也许是能让鼹鼠举座没入地下的唯一办法。

要正面刚了 「 NASA/JPL-Caltech4月,犹如又看到了希望!

5月30日,着陆后的第536个火星日,“鼹鼠”总算具体埋入地下了!

只不过,埋入地下的“鼹鼠”会面对新的困难:系绳是软的,无法提供支撑力,“鼹鼠”没入地下之后,就越来越难从地面的施压借力了。

接下来的几个月里,铲子无间奋力推压、剐蹭、埋土,一面避免“鼹鼠”反弹,一面无间给“鼹鼠”助攻。但遗憾的是,系绳完全异国被拉进土里的意思,这意味着“鼹鼠”本身没能无间下钻。

然后即是最近了。尽管在2020年的尾声里,洞察号项目组已然相持表示他国摈弃但愿,但实情是,“鼹鼠”应当真的不会另有什么进展了。

这是2021年1月9日,“鼹鼠”着末一轮奋力锤击钻土的画面,共进行了500次锤击。可能看到有土被挖出来,但系绳却一点没被拉进去。

全力了,果然钻不下去更多了 「 NASA/JPL-Caltech这场持续到第754个火星日的“解救鼹鼠”行动,终于仍然以铩羽杀青。

沉重的失败遥想2019年2月21日,“鼹鼠”开始下钻的前一周,德宇航的工程师们意得志满地在项目日记[3]里写下了这样的话:我们向往的时候就要到临,“鼹鼠”很快就会钻到火星地下七十厘米了!尽管我们已经进行了广大且严密的测试,但不确定性照旧是存在的。

这是人类从未在另一颗类地行星上做过的豪举。固然,阿波罗宇航员曾在月球上钻过三米深,但那可不是机器做的。

但这些期待都没能酿成现实。

搜求未知的路上,注定交织着开心与曲折。在意得志满中欢迎失去,从一次次败北中苦苦求索;不停探寻理由,实验新的解决方案,不停突破自傲,认识到空前未有的新知…这些都是人类必需学习的作业。从这个角度来说,洞察号所遭遇的艰难和窘境自然不是毫无意义。

但这份退步仍然有点重荷,令人不胜唏嘘。

到底,洞察号是迄今为止第一个也是独一一个全职火星地球物理探测器,是人类探索火星内部结构和演化的希望之星。热流探测仪的安装如许难题,是否意味着这类仪器实在需要宇航员入手下手安装?无人打钻真的难以应对各式繁杂的实际境况吗?即使胜利如嫦娥五号,也在钻孔的功夫遇到了意想不到的问题呢…至少对接下来相仿类型的职责来说,洞察号的资历着实算不上什么正反馈。

另有行星科学家对“鼹鼠”的前期设计和论证处事提出了质疑,认为地面尝试用的模拟火星泥土就有问题 [6]。

尽管项目组不绝表示:土壤不克为“鼹鼠”提供充沛的摩擦力,这是因为这儿的土壤和之前火星职业遇到的土壤都不一样,而“鼹鼠”倒是基于之前探测器遇到的土壤性质设计的。

NASA在公布“鼹鼠”罢休劳动的汇报里明显表示这是因为“着陆区全体异国预料到的泥土性子”“而“鼹鼠”倒是基于之前探测器遇到的泥土性子设计的” 「 NASA然而,“鼹鼠”团队2020年发布的钻孔试验论文[7]里好像暴露了少许值得崇尚的问题:“鼹鼠”在地面实验时就已经遇到过摩擦力不敷导致难以打洞的境况了。

大地测试时已经发觉,当采用了有必然粘聚力的玄武岩模拟物泥土时:“ “鼹鼠”下钻并不胜利,它按预期向下钻,但不久就停止了挺进。在同一场所添补了锤击时长后,“鼹鼠”开端缓缓地从泥土中缩回。”

Syar土壤环境下的打洞测试恶果这正是后来“鼹鼠”在火星上现实遇到的情况!

但当时是如何解决的呢?由于发射光阴已经临近,项目组来不及解决这个问题,是以改为解决带来问题的土壤—换个土壤搞尝试,不消玄武岩土壤,只用石英砂,模拟结果不就没问题了嘛。至于火星土壤实际是如何样的,只要相信“石英砂更能代表火星土壤的特性”就可能了!

时间不足了,草草替代了模拟土壤这意味着,“鼹鼠”把一个“在地上别国解决的隐患带到了天上”,最终残忍的实际给所有人上了笨重的一课。

而且这一课,还着实有点贵。

洞察号是NASA“发现级”使命的获批项目,常规预算仅有4.5亿美元。但因为火震仪出了问题,导致使命不但发射脱期两年,还多花了1.5亿美元,到发射的时期,预算已经飙升到了8.13亿美元。

洞察号自2011年从此的年度花消,不思虑通胀和思虑通胀「 数据来由:Planetary Science Budget Dataset,摒挡:Casey Dreier/TPS事实上,8亿美元这还只是美国的投入,而洞察号手脚一个国际团结的探测器,加上其他国家的投入的话,总计花消近一十亿美元 [8]…够发一个新视野号、朱诺号、冥王号那样中等范畴的探测器了。

洞察号总消耗不理解NASA想想会不会有点溃败:我直接套用“凤凰号”设计模板做的探测器,两个中枢仪器还都给欧洲做了,如何最后一点没省到钱,还多花了这么多?

但无论如何,如斯庞大的投入,却换来如斯高低的前进,很难不令人遗憾乃至丧气。

好在,迩来洞察号又获批伸长了2年[9]。这意味着洞察号尚且健康的火震仪、自转和内部结构探测仪、火星气象站这三组仪器得到了用时间换产出的机缘,多多少少没关系填充一点热流探测仪战败的损失吧。

再等几个月,NASA的毅力号,华夏的天问一号火星车都将登岸火星,至少到阿谁时候,洞察号和老将好奇号将不再孤立,它们会迎来新的朋友。

截止2021岁首年月的火星着陆职业场所,这边的“成功”仅按“成功着陆且顺利开展探测处事计 「 底图:MOLA,制图:haibaraemily以及,新的但愿。

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