距离地球仅1亿公里,却要飞行7年,水星探测之路为何如此艰难?

距离地球仅1亿公里,却要飞行7年,水星探测之路为何如此艰难?

但在1985年,轨道力学专家陈万延(Chen-Wan Yen)意识到,有一种方法可以让探测器进入水星轨道,而不需要新技术。相反,他设计出了一个特定的轨道飞行器绕太阳系运行的路线,该路线将使轨道飞行器的速度减慢到足以进入水星的轨道,而且只需进行几次路线修正。只是轨道飞行器将需要走更长的路,而不是直接到达水星。那有多长呢?根据陈万延的模型,飞船将绕太阳运行约15圈,飞越地球1圈,飞越金星2圈,飞越水星3圈,最后减速到足以在第4圈进入其轨道。所有这些行星飞越将是必不可少的——通过掠过行星的大气层,由于大气阻力和行星的重力,至关重要的速度可以被削减。整条线路将覆盖79亿公里,耗时6年半。

陈万延的发现并没有立即得到重视,但是1998年美国宇航局开始对这个想法产生兴趣,在看到这条路线的可行性后,他们在2004年发射了“信使号”探测器。信使号,也就是一颗水星表面、空间环境、地球化学和测距探测器,只有1.8米长,1.3米宽,重1100公斤。对于一个典型的NASA任务来说,这是巧小而轻盈的。相比之下,“朱诺号”有20米长。“信使号”配备了一个强大的推进器,一个保护它不受太阳伤害的陶瓷隔热罩,两块太阳能电池板和一整套科学设备,用于从水星上成像和测量数据。科学家希望利用这次机会尽可能多地了解水星表面的化学成分、地质历史、磁场和核心(以及其它东西)。

“信使号”在太空中的第一年绕太阳运行了一圈,然后再次与地球相遇。这让科学家有机会在一个已知的天体上测试它的设备,以确保没有任何错误,并根据需要做出任何调整。“信使号”拍摄了一些地球和月球的照片,并测试了它的其他设备来读取我们的大气和磁层。幸运的是,一切都很顺利。当“信使号”开始朝着太阳前进时,它使用了一种巧妙的技术来帮助它减缓朝向太阳的加速度。它利用太阳能电池板“捕捉”太阳辐射,就像轮船上的船帆捕捉海风一样。太阳辐射击中一个物体,实际上会轻微地推动它。虽然这种力量非常小,因为“信使号”的旅程太长了,但它确实起到了效果。充分利用这一现象,是信使号节省推进剂和自然减速的方法之一。

“信使号”下一个值得注意的里程碑是在2006年,当时它第一次飞越了金星。对科学家来说,不幸的是,这个时刻到来的时候,金星正好位于太阳和地球的相反面,这意味着“信使号”没有无线电联系!它确实拍了一些行星的照片,后来发送了出去,但除此之外没有进行任何科学研究。然而,在2007年,它再次经过金星。当时,另一艘宇宙飞船正在环绕金星飞行——欧洲航天局的“金星快车”。“信使号”和“金星快车”利用这个机会合作,首次同时测量了金星的粒子和磁场特征。

但接下来是主要事件:水星。“信使号”于2008年1月14日首次飞越水星,一切进展顺利。第二次飞掠也是如此。但在2009年的第三次飞掠中,出现了一些问题。“信使号”进入了安全模式,该模式是为了在发生错误时保护飞船上的系统。这是多么令人失望的事情,到目前为止,任务可能会在最后阶段失败!不过,“信使号”在长达7小时的压力下仍然处于安全模式。“信使号”在飞越水星的过程中必须穿过水星的背面,这意味着它需要依靠电池长达18分钟,但软件的电源管理部分却没有正确配置。幸运的是,“信使号”的电脑在面板给电池充电后重新启动,并能够继续执行任务,在2011年3月11日最终进入水星轨道之前再次绕太阳旋转。

“信使号”在环绕水星的椭圆轨道上运行,也就说在近距离200公里和远1.5万公里之间交替运行。这是因为水星的作用有点像一面巨大的太阳镜子,将热量辐射回太空。“信使号”离水星太近对它来说太热了,即使它有隔热板(它的设计是为了保护它不受太阳的伤害——水星比地球亮7倍),所以每12小时远离水星一次就给了它一个冷却的机会。“信使号”在水星轨道上度过了接下来的4年,远远超出了科学家们的预期,因为他们最初的计划是让它只持续1年。在发射之前,科学家曾希望“信使号”能在其生命周期中拍摄至少1000张照片。然而,“信使号”拍摄了多大20多万张照片,为我们提供了一幅完整的高分辨率彩色水星表面地图,还拍摄了附近的彗星和其它行星。

2014年12月25日,“信使号”的推进剂——小心翼翼地保存到那时——终于要用完了。此时,它位于距离火星表面只有25公里的轨道上。科学家们对推进器进行了最后一次爆炸,以尽可能延长其轨道,但2015年4月30日,“信使号”撞上了水星表面。旅程持续了十多年,覆盖了数十亿公里,“信使号”的任务就这样结束了。

围绕水星的冒险不会因为“信使号”而结束,据消息声称,2025年,欧洲航天局和日本宇宙航天开发机构(ESA - JAXA)联合开发的“贝比-科伦坡”(Bepi-Colombo Mission)探测器将抵达水星,接替NASA的工作。不知道它们能否成为第二艘成功探测水星的探测器,就让我们拭目以待吧!返回搜狐,查看更多

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