اینسایت(مخفف اکتشاف داخلی با استفاده از تحقیقات لرزه‌ای، زمین‌سنجی و انتقال گرما)، فرودگر رباتیک ناسا بود که برای مطالعه نواحی درونی مریخ به سیاره سرخ اعزام شد. این سطح‌نشین توسط شرکت صنایع هوافضایی لاکهید مارتین ساخته‌شد و مدیریت آن برعهده آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا (JPL) بود. بیشتر ابزارهای علمی اینسایت توسط آژانس‌های اروپایی ساخته‌شد.
تاریخچه
مأموریت‌های قبلی به مریخ، پیشینه سطح سیاره سرخ را با بررسی ویژگی‌هایی مانند دره‌ها، آتشفشان‌ها، سنگ‌ها و خاک بررسی کردند. با این‌حال، نشانه‌های شکل‌گیری این سیاره را می‌توان تنها با سنجش و مطالعه علائم حیاتی آن در زیر سطح پیدا کرد.
مریخ آزمایشگاهی عالی برای مطالعه شکل‌گیری و تکامل سیارات سنگی است. طراحی فرودگری مانند اینسایت می‌توانست به ما بینشی در مورد چگونگی شکل‌گیری این نوع سیارات بدهد. برنامه ساخت این فرودگر در سال ۲۰۱۲ ارائه شد و لاکهید مارتین ساخت آن را از ۲۰۱۴ آغاز کرد. پرتاب آن ابتدا برای سال ۲۰۱۶ برنامه‌ریزی شده‌بود، اما بروز نقص در لرزه‌سنج آن باعث شد ماموریت تا سال ۲۰۱۸ به تعویق بیافتد. پس از آزمایش‌های فراوان برای اطمینان از کارکرد ابزارهای فرودگر، اینسایت در ۵ می ۲۰۱۸ آماده پرتاب شد.
اهداف اینسایت
اینسایت با مطالعه اعماق مریخ، در پی پاسخ مسئله‌ای مهم در زمینه علم سیارات بود. هدف این فرودگر درک فرآیندهایی بود که سیارات سنگی درون منظومه‌شمسی (از جمله زمین) را بیش از چهار میلیارد سال پیش شکل دادند.
مطالعه اولیه‌ترین فرآیندهای تکاملی شامل؛ اندازه، ضخامت و چگالی، ساختار کلی هسته، گوشته و پوسته مریخ، و همچنین سرعت خروج گرما از درون سیاره توسط اینسایت به ما کمک خواهد کرد تا بدانیم چرا سیارات درونی با وجود اینکه به یک شکل به‌وجود آمده‌اند انقدر از یکدیگر متمایزند. مریخ نه خیلی بزرگ است و نه خیلی کوچک، بنابراین سوابق شکل‌گیری خود را حفظ می‌کند.
مقایسه فضای داخلی زمین، مریخ و ماه
در این مأموریت فعالیت‌های لرزه‌ای و میزان جریان گرما از داخل اندازه‌گیری، و اندازه هسته مریخ و مایع یا جامد بودن آن نیز بررسی خواهد شد.
هدف ثانویه این مأموریت انجام یک مطالعه عمیق در مورد ژئوفیزیک، فعالیت‌های تکتونیکی و تأثیر برخورد شهاب‌سنگ‌ها بر مریخ بود که می‌تواند دانشی در مورد چنین فرآیندهایی در زمین ارائه دهد.
طراحی
اینسایت توسط پنل‌های خورشیدی تغذیه می‌شود. این سطح‌نشین دارای یک بازوی رباتیک است که برای قرار دادن ابزارها بر روی مریخ استفاده می‌شود. بازوی رباتیک شامل یک چنگال برای گرفتن هر قطعه سخت‌افزاری بود که بلند می‌کرد. پنج انگشت مکانیکی چنگال می‌توانستند دور دسته‌ای قفل شوند و هر یک از سه ابزار اصلی که بازو بلند می‌کرد دارای یک دسته بود.
فرودگر اینسایت همچنین دارای دو دوربین مهندسی مکمل نیز بود. یکی از دوربین‌ها روی بازو نصب شده بود و دیگری در جلوی فرودگر.
دوربین روی بازو از فضای کار با جزئیات تصویربرداری می‌کرد تا کمک کند که بهترین نقاط برای قرارگیری ابزارها انتخاب شوند. این دوربین تصاویری رنگی از ابزارهای موجود در عرشه فرودگر و نمای سه‌بعدی از منطقه روبروی فرودگر گرفت. دوربین دیگر روی لبه فرودگر، رو به فضای کاری نصب شده بود. دید آن شامل ناحیه‌ای از زمین در دسترس بازو بود و نمای تکمیلی از منطقه استقرار ابزار را ارائه می‌کرد.
ابزارهای علمی همراه فضاپیما
اینسایت شامل سه ابزار علمی مهم بود:
- لرزه‌سنج (SEIS): لرزه‌سنج، ابزاری گرد و گنبدی‌شکل بود که روی سطح مریخ می‌نشست و نبض یا ارتعاشات لرزه‌ای مریخ را ثبت می‌کرد. اندازه‌گیری‌های آن اطلاعاتی اجمالی از فعالیت‌های داخلی سیاره ارائه می‌کرد. مجموعه‌ای از حس‌گرهای باد، فشار، دما و میدان مغناطیسی به تنظیم دقیق اندازه‌گیری‌های لرزه‌سنج کمک کردند.
زمین‌لرزه‌ای که چهارم مه ۲۰۲۲ در مریخ شناسایی شد.
- کاوشگر حرارتی (HP3): این ابزار به گونه‌ای طراحی شده‌بود که تا عمق پنج متری در سطح مریخ فرو رود. عمق نفوذ آن بیشتر از هر بازو، اسکوپ، مته یا کاوشگری که قبل از آن به مطالعه مریخ پرداختند، محسوب می‌شد. این دماسنج به‌دنبال اندازه‌گیری گرمای وارد شده از درون مریخ بود تا مشخص کند چه مقدار گرما از بدنه سیاره خارج می‌شود و منبع گرما چیست. این ابزار با کمک به دانشمندان مرکز هوافضای آلمان طراحی شد تا تشخیص دهند که آیا مریخ از مواد مشابه زمین و ماه تشکیل شده‌است یا خیر، و به آنها نگاهی اجمالی درباره چگونگی تکامل این سیاره می‌داد.
- ابزار آزمایش چرخش و ساختار داخلی (RISE): این ابزار محل فرودگر را ردیابی کرد تا مشخص کند که قطب شمال مریخ در حین گردش به دور خورشید چقدر می‌لرزد. این مشاهدات اطلاعات دقیقی در مورد اندازه، ترکیب و ویژگی‌های هسته غنی از آهن مریخ ارائه می‌دهد. RISE دقیقاً به ما می‌گوید که مریخ در کجای فضا قرار دارد و این سیاره چقدر در مدار خود می‌چرخد. این اطلاعات به دانش ما درمورد اندازه هسته مریخ می‌افزاید و کمک می‌کند تا مایع یا جامد بودن آن را تشخیص دهیم.
مارکو
فضاپیمای مارکو یک جفت کیوب‌ست بود که با مأموریت اینسایت برای آزمایش استقامت کیوب‌ست در اعماق فضا و برای کمک به انتقال ارتباطات (با هشت دقیقه تاخیر با سرعت نور) همراه شدند.
آنها همراه با سطح‌نشین پرتاب شدند، اما پس از رسیدن به فضا، از هم جدا شدند. مارکو وارد مدار نشد، اما در طول مأموریت از کنار مریخ عبور می‌کرد و تله‌متری اینسایت را در لحظه پخش می‌کرد.
مارکو داده‌ها را در هنگام فرود اینسایت ارسال می کند.
موفقیت فضاپیمای مارکو قابلیت استقامت و دوام سکوی کیوب‌ست را برای مأموریت‌های فضایی دور به‌اثبات رساند و به عنوان یک نمایش فنی برای آینده الهام‌بخش بود. کیوب‌ست ۵ فوریه ۲۰۱۹ ساکت شد و بعید است که دوباره خبری از آن شنیده‌شود.
سفر به مریخ
اینسایت در ۵ مه ۲۰۱۸، ساعت ۰۴:۰۵ صبح به‌وقت محلی زیر آسمان قبل از سپیده دم، از پایگاه نیروی هوایی وندنبرگ در سواحل مرکزی کالیفرنیا پرتاب شد. پرتابگر آن موشک اطلس- ۵ بود و این پرتاب تنها آغاز مأموریت بود.
پرتاب موشک اطلس- ۵ که حامل اینسایت و مارکو بود.
سفر ۴۸۵ میلیون کیلومتری به مریخ حدود شش ماه طول کشید تا اینسایت را در ۲۶ نوامبر همان سال، بر روی مریخ فرود آورد. تیم هدایت‌گر، مسیر پرواز اینسایت را شش بار تنظیم کرد تا مطمئن شود که با سرعت و جهت مناسب پرواز می‌کند.
برخی از فعالیت‌های کلیدی در مرحله سفر عبارتند از:
- بررسی سلامت و نگهداری فضاپیما
- نظارت و کالیبراسیون فضاپیما و زیر سیستم‌ها
- تصحیح نگرش برای نگه‌داشتن آنتن در جهت ارتباط با زمین
- نگهداری صفحات خورشیدی به سمت خورشید برای تامین انرژی
- فعالیت‌های کنترل مسیر، از جمله مانورها برای پیگیری موقعیت اینسایت و کنترل دقیق آن قبل از نزدیک شدن به جو مریخ
از ابزارهای فضاپیما که به هدایت مسیر آن کمک می‌کرد می‌توان به یک ردیاب ستاره موقعیت اشاره کرد که اینسایت را در برابر ستارگان در آسمان شب ردیابی می‌کرد. این ابزار نحوه جهت گیری فضاپیما را تحت کنترل داشت.
واحد اندازه‌گیری اینرسی و ژیروسکوپ نیز اطلاعاتی را در مورد اینکه فضاپیما به کدام سمت و با چه سرعتی حرکت می‌کند ارائه می‌دادند. همچنین چند حسگر خورشیدی به فضاپیما کمک کردند تا جهت خورشید را بداند.
فرود اینسایت
پس از اینکه اینسایت از فیرینگ محافظ موشک خارج شد، ناوبرهای ماموریت از اطلاعات همه ابزارها برای تنظیم مسیر آن استفاده کردند. آنها به تنظیم دقیق مسیر پرواز کمک کردند تا اینسایت در روز فرود دقیقاً به نقطه ورودی مناسب در بالای جو مریخ برخورد کند. مسیر پرواز سطح‌نشین برای به حداقل رساندن زمان سفر برنامه‌ریزی شده بود.
فرودگر با سپر حرارتی وارد جو نازک مریخ شد و از چتر نجات برای کاهش سرعت استفاده کرد. برای نگاه به اعماق مریخ، سطح‌نشین باید در مکانی قرار می‌گرفت که بتواند در تمام مأموریت خود بی حرکت بماند. به همین دلیل دانشمندان محل فرود را هامونه الیسیوم، دومین منطقه بزرگ آتشفشانی در مریخ در نظر گرفتند.
گرد و غبار ناشی از فرود حدود یک ربع پس از اینکه سطح‌نشین به مریخ رسید، روی آن نشست. موتورهای پنل خورشیدی گرم، و برای باز کردن صفحات خورشیدی آماده شدند. این فعالیت مهم تضمین می‌کرد که فرودگر تمام قدرت لازم برای کار روی مریخ را دارد. این کار و سایر وظایف در روز فرود به‌طور مستقل و بدون دخالت تیم یا کنترل‌گرها انجام شد.
فرودگر اینسایت از دید ماهواره کیوب‌ست مارکو
سایر کارها در روز فرود شامل موارد زیر است:
- بررسی شاخص‌های سلامت فرودگر
- تصویربرداری با زاویه باز (با پوشش لنز)
- خاموشی به حالت خواب، برای اولین شب در مریخ
شرح مأموریت
جمع آوری اطلاعات علمی حدوداً تا ده هفته پس از فرود، کامل آغاز نشد. چون اهداف و ابزار علمی اینسایت با سایر مریخ‌نوردها بسیار متفاوت بود. تیم کاوشگر باید به‌دقت انتخاب می‌کردند که در کجای زمین ابزارهای آن را، که اولین ابزارهایی هستند که اعماق مریخ را مطالعه می‌کنند، قرار دهند.
این وظیفه بازوی روباتیک اینسایت بود که آنها را پس از فرود روی سطح قرار دهد. فرودگر و تیم عملیات روی زمین باید با دقت حرکت می‌کردند و مطمئن می‌شدند که ابزارها به درستی برای بهترین مشاهدات قرار گرفته‌اند. جابه‌‌جایی ابزارها در تماس مستقیم با سطح، و نظارت دقیق بر آنها، کلید کیفیت داده‌هایی بود که اینسایت می‌توانست در مریخ جمع‌آوری کند.
منطقه فرود اینسایت و سایر کاوشگرهای ناسا
ابزار RISE، از همان هفته اول شروع به جمع‌آوری داده‌ها کرد و فرودگر از منطقه استقرار ابزار عکس گرفت. سپس شروع به نظارت بر آب و هوا و دمای سطح، در خانه جدید خود کرد.
اما کاوشگر حرارتی و لرزه‌سنج چند هفته دیگر برای استقرار در سطح به زمان نیاز داشتند.
سه هفته اول در مریخ، اینسایت از فضای کاری خود با جزئیات تصویربرداری کرد. از این عکس‌ها برای ایجاد تصاویر سه‌بعدی و یافتن بهترین مکان‌ها برای قرارگیری کاوشگر حرارتی و لرزه‌سنج بر روی سطح استفاده کردند.
هنگامی که بررسی‌های اولیه روی بازو کامل شد، بازوی روباتیک اینسایت، لرزه‌سنج و آزمایش لرزه‌ای (SEIS) را در نقطه انتخابی مستقر کرد. HP3 نیز حدود یک هفته پس از نصب لرزه‌سنج به‌کار گرفته‌شد. اما زمانی که این وسیله شروع به استفاده از چکش در زیر سطح کرد، با خواص متفاوت از حد انتظار در خاک مواجه شد و نتوانست به عمق مورد نظر برسد.
انیمیشنی از حفاری HP3 در مریخ
طراحی این ابزار براساس خاکی بود که در مأموریت‌های قبلی مریخ دیده شده‌بود. معلوم شد که این خاک بسیار متفاوت از پوسته سفت اما شکننده‌ای بود که HP3 با آن مواجه شد. زیر سطح مریخ دانه‌های خاکی داشت که به‌هم چسبیده بودند. تیم اینسایت آن بخش از مأموریت را پس از تلاش نهایی در ژانویه ۲۰۲۱ به حالت تعلیق درآورد، در حالی که سایر اکتشافات با دیگر ابزارها ادامه یافت.
دستاوردهای اینسایت
اینسایت اولین بررسی کامل سیاره سرخ از زمان شکل‌گیری آن از ۴/۵ میلیارد سال پیش را انجام داد.
طی این مأموریت منطقه‌ای از مریخ که پر گسل‌ها بود و در فاصله ۱۶۰۰ کیلومتری اینسایت قرار داشت، زمین لرزه‌های فراوانی ایجاد کرد.این منطقه فوق‌فعال محسوب می‌شود و پیش‌بینی سرد بودن مریخ و میزان غیرفعال بودن آن را به چالش می‌کشد.
اینسایت همچنین به دانشمندان دید بهتری نسبت به مأموریت‌های قبلی درون مریخ داد. دانشمندان می‌گویند بسیاری از داده‌های اینسایت با تصوراتشان متفاوت است. آنها با اطلاعات کمی که در دست داشتند باید فرضیات زیادی در مورد فضای داخلی مریخ ارائه می‌کردند. اکنون توسط این سطح‌نشین داده‌هایی را داشتند که تصویر بسیار واضح‌تری از آنچه در داخل سیاره می‌گذرد در اختیارشان می‌گذاشت.
طبق این داده‌ها، پوسته مریخ، حداقل در محل فرود نزدیک به فرودگر، از دو لایه مختلف تشکیل شده‌است. لایه بالایی به ضخامت حدود ۱۰ کیلومتر است و در اثر برخورد بر روی لایه عمیق‌تر ضربه خورده‌است. لایه دوم نیز حدود ۴۰ کیلومتر ضخامت دارد. با این‌حال دانشمندان هنوز مطمئن نیستند که آیا ساختار دو لایه در سطح جهانی وجود دارد یا فقط در مناطق خاصی مشاهده می‌شود.
علاوه بر این‌ها، اینسایت دریافت که هسته مریخ بسیار بزرگتر از آن چیزی است که انتظار می‌رفت. این یافته همچنین به این معنی است که هسته باید حاوی مقادیر بیشتری از عناصر سبک‌تر- به ویژه گوگرد بین ۱۵ تا ۲۰ درصد- باشد.
پژوهشگران مدعی‌اند که این موضوع به‌نوعی مدل‌های هسته‌ی آنها را شکسته است و یک پیشرفت واقعی محسوب می‌شود. به‌نظر می‌رسد سیارات بسیار جالب‌تر از مدل‌های ارائه‌شده هستند.
پایان مأموریت
هیچ مأموریتی برای همیشه دوام نمی‌آورد، به‌ویژه مأموریت مریخ با انرژی خورشیدی. گرد و غبار سیاره سرخ برای فضاپیماها وحشیانه است، آنها روی صفحات خورشیدی انباشته می‌شوند و تولید برق آرایه‌ها را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد. گرد و غبار به‌طور فصلی آسمان را پر می‌کند و میزان نور خورشیدی که به سطح مریخ می‌رسد را نیز کاهش می‌دهد.
این رویداد به‌طور مشابه در مریخ‌نورد آپورچونیتی ناسا در سال ۲۰۱۸ هم رخ داد و همان گرد و غبار به مأموریت اینسایت نیز پایان داد.
ناسا ۲۱ دسامبر ۲۰۲۲ اعلام کرد که فرودگر اینسایت که برای درک داستان زندگی زمین‌شناسی مریخ طراحی شده‌بود، ماموریت خود را در سیاره سرخ به پایان رساند. روی پنل‌های خورشیدی فرودگر غبار زیادی ایجاد شده‌است که قدرت کافی برای کارکرد کاوشگر را تولید نمی‌کنند. تیم اینسایت ماه‌ها انتظار داشتند فرودگر خاموش شود.
تیم هدایت‌گر اینسایت
آنها کاوشگر را جولای ۲۰۲۲ در حالت کم‌مصرف قرار دادند تا به نظارت بر رویدادهای لرزه‌ای ادامه دهند. ناسا تا پایان سال به نظارت اینسایت ادامه داد، تا زمانی که فضاپیما دو تلاش متوالی ارتباطی را از دست داد. آخرین ارتباط با آن ۱۵ دسامبر بود. ناسا به انتظار ادامه خواهد داد و گوش به‌زنگ خواهد بود، اما انتظار ندارد چیز بیشتری از این کاوشگر بشنود.
بروس بانرت، دانشمند سیاره‌شناسی در آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا و محقق اصلی مأموریت، گفت: «ما در واقع توانسته‌ایم خیلی بیشتر از آنچه ادعا می‌کردیم و قول داده‌بودیم انجام دهیم. احساس می‌کنم با نگاهی به گذشته، این یک مأموریت بسیار موفق بود و اینسایت بیشتر از آنچه می‌خواستیم را انجام داد. من دوست دارم به آن فکر کنم که اینسایت بازنشسته می‌شود و نمی‌میرد. او قرار است روی مریخ بنشیند و بعد از اینکه دیگر با ما صحبت نمی‌کند مدتی از غروب خورشید لذت ببرد.»
با این که مأموریت سطح‌نشین دو ساله بود، این کاوشگر بیش از چهار سال در حال گردآوری اطلاعات درباره سیاره سرخ بود.