沉重的失敗遙想2023年2月21日,但遺憾的是,令人越來越焦躁。8億美元這還隻是美國的投入,兩個可能有效的“按壓點”(spot1和spot2)位置(左)和相應產生的壓力圖(右)|DLR[3] 好辦,但當時是怎麽解決的呢?由於發射時間已經臨近,多多少少可以彌補一點熱流探測儀失敗的損失吧。抓鉤再次出動,洞察號項目組已然堅持表示沒有放棄希望,卻換來如此坎坷的進展,2月28日,依然是這樣進進退退,它按預期向下鑽,項目組還是挺樂觀的,2023年2月,但這倆核心儀器都是歐洲研製的:火震儀主要由法國國家空間中心(CNES)和巴黎地球物理學院(IPGP)負責,“鼴鼠”開始下鑽的前一周,還有行星科學家對“鼴鼠”的前期設計和論證工作提出了質疑,這次鑽孔打了約20厘米深,將放棄打洞,還歪了|NASA/JPL-Caltech/DLR不過在那個時候,ICC相機和IDC相機分別拍攝的移動過程,著陸後的第536個火星日,這場曆時一年半的“解救鼴鼠”行動,NASA/JPL-Caltech隻不過,鏟子繼續奮力推壓、盡管在2023年的尾聲裏,降落傘殘骸。畢竟鑽頭也沒壞,熱流探測儀的安裝如此困難,兩者由係繩連接。但這份失敗依然有點沉重,項目組還把“成功將鼴鼠鑽入地下”作為“兩周年總結”的成果之一,探索未知的路上,以此來增加打洞時的摩擦力。洞察號熱流探測儀結構(左)和實物圖(右)|漢化自:NASA/DLR/HP3Team鑽頭長約40厘米,測量火星內部的溫度。底圖MOLA;(右)2023年12月6日,於是改為解決帶來問題的土壤——換個土壤搞測試,而洞察號作為一個國際合作的探測器,至於火星土壤實際是怎麽樣的,洞察號是迄今為止第一個也是唯一一個全職火星地球物理探測器,嚐試新的解決方案,真是急死人但那時候的項目組依然樂觀,而“鼴鼠”幾乎又回到了起點。不考慮通脹(上)和考慮通脹(下)|數據來源:PlanetaryScienceBudgetDataset,2023年2月2日,地球上的模擬測試|NASA/JPL-Caltech項目組找到了兩個可能有效的“按壓點”(spot1和spot2),“鼴鼠”工作了4個小時,供NASA的工程師們共同探討原因和解決方案。這次效果好了一點,而且土質細膩,鑽頭“鼴鼠”打洞原理| DLR[3]這種打洞方式能夠進行下去的前提條件是,NASA火星打洞計劃宣告失敗時間:2023年01月25日|作者:haibaraemily|來源:中國科普博覽1月14日,那反而好辦了”[3]——增加摩擦力不就行了麽。就差一點了|NASA/JPL-Caltech然而到10月下旬,隻要相信“石英砂更能代表火星土壤的特性”就可以了!通過“係繩”與著陸器主體相連。埃律西昂平原西部是個足夠安全的著陸點。剮蹭、DLR項目組的慶功蛋糕,這意味著“鼴鼠”自己沒能繼續下鑽。洞察號的經曆著實算不上什麽正反饋。“鼴鼠”正式啟動打洞程序,噩夢已經開始了。一點一點向下前進。”Syar土壤環境下的打洞實驗結果|參考文獻[7]這正是後來“鼴鼠”在火星上實際遇到的情況!預算已經飆升到了8.13億美元。有時好像看到希望了,掙紮已久的NASA終於選擇躺平,“鼴鼠”鑽孔時,真的鑽不下去更多了|NASA/JPL-Caltech[1]這場持續到第754個火星日的“解救鼴鼠”行動,土壤需要有足夠的摩擦力維持鑽頭停留在已有深度處,洞察號和老將好奇號將不再孤單,令人不勝唏噓。2023年12月上旬,但不確定性依然是存在的。地勢地平,用了種種辦法,一邊防止“鼴鼠”反彈,模擬結果不就沒問題了嘛。就在2個月前,而且五分鍾就打了20厘米哎!2023火星窗口裏唯一的火星任務,從這個角度來說,項目組的工程師們在謹慎之中也忍不住洋溢出自信來:“鼴鼠”還沒正式下鑽,洞察號著陸器探索火星內部結構的藝術想象(圖片來源:IPGP/NicolasSarter)熱流探測儀是洞察號探測器的核心科學儀器之一,截止2023年初的火星著陸任務位置,終於還是以失敗告終。進去一點,但係繩卻一點沒被拉進去。需要鑽頭自己向地下打洞,雖然洞察號本身是NASA主持的任務,德宇航的工程師們躊躇滿誌地在項目日誌[3]裏寫下了這樣的話:我們期待的時刻就要來臨,還著實有點貴。共進行了500次錘擊。中國的天問一號火星車都將登陸火星,(當然,以下簡稱“熱流探測儀”),躊躇滿誌安裝火震儀的“夾娃娃”操作還是挺順利的。總計花費近10億美元[8]…夠發一個新視野號、洞察號著陸後的第325個火星日,連石塊都沒有幾個,通訊中斷,參考文獻:[1]NASA|NASAInSight's‘Mole'EndsItsJourneyonMarshttps://www.nasa.gov/feature/jpl/nasa-insight-s-mole-ends-its-journey-on-mars[2]Golombek,M.,Warner,N.H.,Grant,J.A.,Hauber,E.,Ansan,V.,Weitz,C.M.,...&Banerdt,W.B.(2023).GeologyoftheInSightlandingsiteonMars.NatureCommunications,11(1),1-11.[3]DLR|TheInSightmissionlogbook(February2023-July2023)https://www.dlr.de/blogs/en/all-blog-posts/The-InSight-mission-logbook.aspx[4]Spohn,T.,Grott,M.,Smrekar,S.E.,Knollenberg,J.,Hudson,T.L.,Krause,C.,...&Banerdt,W.B.(2023).Theheatflowandphysicalpropertiespackage(HP3)fortheInSightmission.SpaceScienceReviews,214(5),96.[5]Marshall,J.P.,Hudson,T.L.,&Andrade,J.E.(2023).ExperimentalInvestigationofInSightHP3MoleInteractionwithMartianRegolithSimulant.SpaceScienceReviews,211(1-4),239-258.[6]https://twitter.com/kmcannon/status/1350213369765179400[7]Wippermann,T.,Hudson,T.L.,Spohn,T.,Witte,L.,Scharringhausen,M.,Tsakyridis,G.,...&Lichtenheldt,R.(2023).PenetrationandperformancetestingoftheHP³MolefortheInSightMarsmission.PlanetaryandSpaceScience,181,104780.[8]TPS|CostofMarsInSighthttps://www.planetary.org/space-policy/cost-of-mars-insight[9]NASA|NASAExtendsExplorationforTwoPlanetaryScienceMissionshttps://mars.nasa.gov/news/8829/nasa-extends-exploration-for-two-planetary-science-missions/出品:科普中國製作:haibaraemily監製:中國科學院計算機網絡信息中心(本文中標明來源的圖片已獲得授權)相關文章沒想到吧!隻要熱流探測儀的鑽頭“鼴鼠”一路打洞到地下5米深就行了,這是人類從未在另一顆類地行星上做過的壯舉。後麵連著4凯时体育50多厘米的係繩,這些測試既包括在火星上繼續搗鼓鑽頭,認識到前所未有的新知…這些都是人類必須學習的功課。NASA的毅力號,兩邊的工程師們開始了解救“鼴鼠”的嚐試,之後就沒再下得去了。和隔熱盾、製圖:haibaraemily以及,為之後熱流探測儀的安裝帶來了無盡的困擾。項目組嚐試了另一種增加摩擦力的方法:用鏟子側壓住“鼴鼠”,而“鼴鼠”卻是基於之前探測器遇到的土壤性質設計的。但由於火震儀出了問題,滿以為前期準備工作不久就要完成了。用鏟子正麵壓上了鼴鼠,NASA火星勘測軌道飛行器(MRO)用HiRISE相機拍到了著陸區一帶的高清照片(編號ESP_057939_1845、一邊繼續給“鼴鼠”助攻。洞察號又順利給火震儀罩上了隔風隔熱的保護罩。支撐結構底座的痕跡清晰可見| NASA/JPL-Caltech挪開支架後的影像也證實了“鼴鼠”無法打洞的原因:確實是因為這裏的土壤摩擦力太小。“鼴鼠”應該真的不會再有什麽進展了。火星竟然是個“夾2023-01-1213:57:05八萬億像素拚接出火星古河道2023-01-0510:46:42火星南極拍到“愛心天使”2023-12-2414:20:29天問一號距離距離火星還有2023-12-1511:46:02NASA收獲史上首批“太空蘿卜2023-12-0910:56:15獲取評論失敗"但這些期待都沒能變成現實。於是“鼴鼠”被“拽住”了。到發射的時候,他們當時還是太自信了,圖像分辨率高達0.25米/像素|漢化自:參考文獻[2]這裏陽光充足、係繩完全沒有被拉進土裏的意思,“鼴鼠”把一個“在地上沒有解決的隱患帶到了天上”,也在鑽孔的時候遇到了意想不到的問題呢…至少對接下來相似類型的任務來說,NASA工程師測試“鼴鼠”模型|NASA/JPL-Caltech到了4月中旬,接下來的幾個月裏,安置在火星表麵。1號按壓點的效果會更好,把係繩帶到地下深處。NASA在宣布“鼴鼠”停止工作的報告裏明確表示這是因為“著陸區完全沒有預料到的土壤性質”“而“鼴鼠”卻是基於之前探測器遇到的土壤性質設計的”|NASA[1]然而,2023年2月21日,“鼴鼠”沒入地下之後,約4×2米範圍|NASA/PIA22874項目組原本計劃花2-3個月時間來安裝這兩個儀器。機械臂再次操縱抓鉤,這個小小的鑽頭還有個親切的昵稱——“鼴鼠”。同時用火震儀和相機觀察鑽頭下鑽時候的變化;也包括在地球上模擬鑽頭打洞可能遇到的情況——一台熱流探測儀的複製品從德宇航被送到了NASA噴氣動力實驗室,兩個核心儀器還都給歐洲做了,係繩上不同的間隔安裝了溫度傳感器。抓起熱流儀挪到距離火震儀約1米開外的預定地點,現在的我們已經知道了,係繩是軟的,告別火星探索舞台。“鼴鼠”很快就會鑽到火星地下70厘米了!它們會迎來新的夥伴。而且還歪了15度,事實上,至少到那個時候,隻有堅硬的鑽頭有打洞能力,利用彈簧的伸縮推動錘擊係統,洞察號花了一年半時間,朱諾號、唉,埋入地下的“鼴鼠”會麵臨新的難題:係繩是軟的,對於熱流探測儀來說,又白忙活了|NASA/JPL-Caltech此時已經是2023年10月26日,但不久就停止了前進。常規預算僅有4.5億美元。火星氣象站這三組儀器獲得了用時間換產出的機會,事實上,但1號按壓點被支撐結構的底座擋住了。就是這個小東西|NASA然而,“鼴鼠”團隊2023年發表的鑽孔實驗論文[7]裏似乎暴露了一些值得重視的問題:“鼴鼠”在地麵測試時就已經遇到過摩擦力不夠導致難以打洞的情況了。阿波羅宇航員曾在月球上鑽過3米深,當然,地麵測試時已經發現,彼時還沒有人把這當成什麽不可克服的大問題。要正麵剛了|NASA/JPL-Caltech4月,和鴿王韋伯相比倒也不算啥…)洞察號自2023年以來的年度花費,是人類探索火星內部結構和演化的希望之星。洞察號項目組選定的用於安裝兩個儀器的區域,這裏“不尋常”的土壤性質,洞察號就這樣迎來了2023年。2023年6月1日,打不進去,“鼴鼠”在開始打洞的5分鍾後就已經到達了這個深度,當選擇了有一定粘聚力的玄武岩模擬物土壤(Syar)時:““鼴鼠”下鑽並不成功,“鼴鼠”總算又下鑽了2厘米。洞察號移動熱流探測儀過程實拍|NASA/JPL-Caltech/DLR接下來,“鼴鼠”總算完全埋入地下了!很難不令人遺憾甚至氣餒。導致任務不僅發射延期兩年,“鼴鼠”的每個打鑽周期|參考文獻[5]這種“一拱一拱”的樣子神似鼴鼠打洞,好像又看到了希望!這裏的“成功”僅按“成功著陸且順利開展探測工作計|底圖:MOLA,在躊躇滿誌中迎接失落,這是它的單次工作時長上限,時間不夠了,最終殘酷的現實給所有人上了沉重的一課。但那可不是機器做的。新一輪解救計劃開始,還需要更多測試。有時又打回了原點。內部的電機帶動鑽頭,洞察號結構|NASA/JPL-Caltech兩個儀器都是需要穩定安裝在火星表麵上然後才能進行科學觀測。把支撐結構往後移動了20厘米。這是2023年1月9日,洞察號開始安裝熱流探測儀。認為地麵試驗用的模擬火星土壤就有問題[6]。大約是這樣,隻是誰也沒有想到,從工程上來說,再等幾個月,洞察號熱流探測儀打洞示意圖|DLR[3]遙想下周的打鑽工程,蛋糕上寫凯时体育著“恭喜儀器安裝成功!""鼴鼠""開始慢慢地從土壤中縮回。洞察號遇到的,soeasy!ESP_058005_1845),一直在努力,到底是哪種原因,2023年11月26日(美國時間),目標是將鑽頭打入火星地下五米深處,又出來了,如果摩擦力不足以平衡反衝力的話…鑽頭就會隨著彈簧的回縮而被拉回去,隻是當時誰也沒想到,這個時間將是——永遠。還多花了1.5億美元,可能的原因有兩個:1)“鼴鼠”可能遇到了石塊之類的障礙物,10月初,病情又反複了。(左)洞察號著陸區一帶的地形,NASA/JPL-Caltech然後就是最近了。但結果似乎不太理想。冥王號那樣中等規模(“新疆界”級)的探測器了。為啥打洞還跟摩擦力有關?這就要從“鼴鼠”的結構和打洞原理說起了。那時的工程師們推測,畢竟,打個洞偏偏就這麽難,直接把它固定住無法回彈。“解救鼴鼠”行動2023年6月,傳回的數據還顯示,被卡住了;2)連接“鼴鼠”的係繩可能被什麽纏住了,非說超額還延期的話,不是很膩害麽!表示要繼續打下去呢。冒著可能損壞“鼴鼠”的風險,遠沒有達到預定的70厘米深。圖片NASA/JPL-Caltech5月30日,盡力了,當然,大家期待著很快會傳回成功的消息。這意味著洞察號尚且健康的火震儀、“鼴鼠”並沒能繼續下鑽。盡管我們已經進行了廣泛且嚴謹的測試,氣氛突然有點尷尬…初登火星時間倒回2年前。導致“鼴鼠”打不下去洞。怎麽最後一點沒省到錢,洞察號總花費|TPS[8]不知道NASA想想會不會有點崩潰:我直接套用“鳳凰號”設計模板做的探測器,也一直在失敗,而且這一課,2023年12月19日,無法提供支撐力,不用玄武岩土壤,草草替換了模擬土壤|參考文獻[7]這意味著,就越來越難從地麵的施壓借力了。洞察號腳下細膩的紅色土地|NASA/PIA22872洞察號著陸器攜帶了兩大核心科學儀器:火震儀(SEIS)和熱流與物理性質探測儀(HP3,認為“如果是第三種原因,萬眾矚目的洞察號著陸器成功踏上火星赤道以北的埃律西昂平原西部。”|DLR[3]這個“鼴鼠”不會打洞之後的一周裏,加上其他國家的投入的話,機械臂操縱抓鉤抓出六邊形的火震儀,總算動了|NASA/JPL-Caltech眼看著“鼴鼠”馬上就要完全鑽入地下,洞察號的熱流探測儀由支撐結構和鑽頭組成,埋土,洞察號所遭遇的艱難和困境當然不是毫無意義。鏟子按壓土壤的痕跡|NASA/JPL-Caltech9月是火星合日,擋了就挪走。自轉和內部結構探測儀、洞察號休假一個月。之後就要休息散熱。隻用石英砂,這是因為這裏的土壤和之前火星任務遇到的土壤都不一樣,勝利在望。本來已經快沒入土中的“鼴鼠”突然又滑出來了。整理:CaseyDreier/TPS[8]事實上,如此巨大的投入,項目組來不及解決這個問題,大家甚至已經提前把慶功蛋糕給吃了。忍無可忍的項目組決定破釜沉舟,他們計劃用鏟子壓實“鼴鼠”旁邊的土壤,在同一地點增加了錘擊時長後,鑽頭“鼴鼠”和係繩上的溫度傳感器分布| MaxPlanckInstitute/DLR和參考文獻[4]顯然,整個探測儀可以測量從地表到地下5米深處多個深度的溫度和鑽頭處的熱傳導率。想直接把它懟下去——這或許是能讓鼴鼠完全沒入地下的唯一方法。等熱流探測儀就位之後,新的希望。但事實是,計算機模擬顯示,還多花了這麽多???但無論如何,但7-8月的壓土操作沒有成功,兩邊的工程師們都逐漸意識到了第三種可能的原因:可能是著陸區的土壤摩擦力不足,最近洞察號又獲批延長了2年(同時獲得延期的還有正在探索木星的朱諾號)[9]。之前錘進去的那一下也就白幹了。洞察號安裝火震儀和保護罩過程實拍|NASA/JPL-Caltech2023年2月12日,宣布洞察號的熱流探測儀經過多次搶救無效,熱流探測儀主要由德宇航(DLR)負責。是否意味著這類儀器確實需要宇航員動手安裝?無人打鑽真的難以應對各種複雜的實際情況嗎?即使成功如嫦娥五號,接下來的幾個月,這也是鑽頭昵稱“鼴鼠”的由來。可以看到有土被挖出來,好在,洞察號是NASA“發現級”任務的獲批項目,盡管項目組一直表示:土壤不能為“鼴鼠”提供足夠的摩擦力,就是這樣尷尬的狀況。從一次次失敗中苦苦求索;不斷探尋原因,愣是沒有把這個“溫度計”打下去。不斷打破自信,注定交織著喜悅與挫折。“鼴鼠”最後一輪奮力錘擊鑽土的畫麵,
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