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“洞察號”登陸火星,是否再現“驚險七分鐘”?

北京時間11月27日凌晨4時前,美國國家航空航天局(NASA)的火星探測器“洞察號”將進入大氣層、減速並登陸火星。NASA將全平台直播這一牽動人心的著陸時刻。

距離NASA上一次直播探測器登陸火星,已經過去了整整六年的時間 。2012年8月6日, “好奇號”探測器在直徑155千米的火星蓋爾隕石坑內成功著陸,你是否還記得那“驚險七分鐘”?

2012年8月6日,“好奇號”登陸火星,開始執行火星表面探測任務。

在“好奇號”的著陸過程中,最驚險的歷程當屬其進入火星大氣層後開始下降的短短七分鐘。在有限的時間內,“好奇號”時速必須由21000公里減少到2公里以內,否則將與火星相撞,毀於一旦。這一難度系數大於10的任務被NASA稱為“驚險七分鐘”。

想要平穩著陸,並防止為尋找生命化學成分而設計的裝備受損,“好奇號”必須分毫不差地執行數百個步驟的複雜操作,並且整個過程沒有人工乾預。要知道,地球大氣的密度比火星高出100倍,所以不可能在地球上測試這個過程。面對這一難題,NASA噴射推進實驗室利用了尖端模擬仿真軟體來完成系統各個方面的設計。

通過模擬技術,一切都可以在虛擬世界中完成,覆蓋從初期的概念設計到詳細的部件設計,從組裝到測試的各個環節。這次“驚險七分鐘”的探測器著陸就是經過了8000次模擬之後得出的最佳方案。從模擬走向實際部署,這種能力具有相當重要的意義。

用吊索將探測器降落到火星表面是特別精細的任務,研究人員對著陸階段進行了8000次模擬。

“好奇號”的著陸還利用了專門為其設計的“空中吊車”。這個新研發的系統可以在探測器降落的最後階段減慢其速度,從而緩緩地降落到火星表面。當然,其中也存在諸多挑戰。首先,吊車要能分毫不差地降下探測器;其次,要確保火苗不會燙壞探測器或用於固定探測器的套具。此外,探測器和吊車通過類似於臍帶的線纜連接著,在分離那一刻吊車升起的時候才會斷開,且所有線纜都必須通過小型切割器同時斷開。上述這些過程都可以通過軟體模擬來實現。

“驚險七分鐘”的任務複雜性體還現在每一處細節。比如,整個裝配組合包含約9萬個專門製造的部件,其中很多部件與設計規格的容差只有100微米——大約相當於一根頭髮絲的直徑。更苛刻的是,為盡量避免浪費太空,這些部件必須合攏到一個極其擁擠的包中,但同時又要為發射和返回時的劇烈晃動留出擺動太空,以及在鋼彈1648℃的溫差下不同材料的熱脹冷縮太空。

整套設備包含約9萬個部件,其中很多與設計規格的容差只有100微米。

在“好奇號”登陸火星這一舉世矚目的歷史任務中,NASA採用了全新的智能技術與數據管理方案,以保證各零組件組裝完整、運行精準,並且能夠抵擋工作過程中遭遇的惡劣條件。其中,西門子 PLM 軟體解決方案發揮了重要作用。在實際模型建成前,探測器使用西門子 NX 軟體進行數字化設計、仿真及組裝。Teamcenter 則在整個項目過程中對產品及流程數據進行管理,能夠在項目團隊各成員之間快速共享更新數據。

“好奇號”向人類傳輸來自火星表面的第一手資訊。

今天也恰好是“好奇號”探測器發射七周年。一直以來,“好奇號”如同孤膽英雄一般執行著孤寂而又偉大的任務,向人類傳輸來自火星表面的第一手資訊。截至目前,“好奇號”在火星上的移動裡程已累計超過20公里。

即將登陸火星的“洞察號”則與以往的探測器有所不同,它並不需要四處漫遊,而是停留在一個地方調查火星內部的地質結構,執行人類首個探究火星“內心”的探測任務。雖然這次著陸的區域為相對“平整光滑”的平原,但在探測器下降的過程中仍會面臨諸多挑戰。祝“洞察號”順利登陸火星!

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