□ 楊宇光

深空探測史上的不朽豐碑

□ 楊宇光

為了避免污染有可能存在原始生命的土衛(wèi)二或土衛(wèi)六，美國決定讓即將耗盡推進(jìn)劑的卡西尼號(hào)探測器在2017年9月15日主動(dòng)隕落在土星上，為這次偉大的探測任務(wù)畫上一個(gè)圓滿的句號(hào)。

卡西尼號(hào)是繼先驅(qū)者十一號(hào)、旅行者二號(hào)和旅行者一號(hào)之后，第四個(gè)造訪土星系統(tǒng)的深空探測器。與它的前任不同，它不是在飛越這顆巨大行星的過程中進(jìn)行短暫的觀察，而是實(shí)實(shí)在在地進(jìn)入環(huán)繞土星運(yùn)行的軌道。由于從飛越一個(gè)大天體的軌道到進(jìn)入環(huán)繞軌道需要消耗大量的推進(jìn)劑，因此，卡西尼號(hào)的技術(shù)挑戰(zhàn)性、工程規(guī)模和技術(shù)難度都是非常巨大的，名副其實(shí)地成為美國深空探測的“旗艦”項(xiàng)目。這一殊榮只有曾經(jīng)創(chuàng)造輝煌歷史的海盜號(hào)火星著陸器、旅行者號(hào)深空探測器、伽利略號(hào)木星探測器、錢德拉X射線天文臺(tái)、好奇號(hào)火星車等項(xiàng)目獲得過。

卡西尼號(hào)任務(wù)不僅規(guī)模宏大，其安全性問題也廣受關(guān)注。因?yàn)樾枰谕列擒壍郎瞎ぷ魇晟踔粮L的時(shí)間，而在土星附近，太陽光已經(jīng)變得非常微弱，因此卡西尼號(hào)也采用了其他飛往外太陽系的探測器常用的放射性同位素?zé)犭娫矗驗(yàn)楣男枨缶薮?，因此?chuàng)紀(jì)錄地使用了32.7公斤钚238同位素。如此巨量的危險(xiǎn)放射源還從未在美國的探測器上使用過。好在1997年10月15日，探測器由大力神4型火箭順利發(fā)射升空，讓所有人都松了一口氣。即便如此，1999年8月18日，卡西尼號(hào)經(jīng)過2次借助金星引力加速后，又飛到地球上空1171公里利用地球引力加速，美國宇航局還專門分析了如果卡西尼號(hào)不幸撞到地球上會(huì)造成的致命影響。

2004年7月1日，卡西尼號(hào)終于抵達(dá)土星。為了確保科學(xué)探測儀器不被土星環(huán)中細(xì)微的顆粒損壞，卡西尼號(hào)臨時(shí)調(diào)轉(zhuǎn)了方向，隨后利用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行減速，將其速度降低了622m/s，從飛越土星的軌道變軌的環(huán)繞軌道，開始了人類迄今為止最遙遠(yuǎn)的環(huán)繞探測任務(wù)。

在超過13年環(huán)繞土星飛行的歷程中，卡西尼號(hào)發(fā)現(xiàn)了土星的7顆小衛(wèi)星，多次飛越土衛(wèi)二、土衛(wèi)六等人類比較關(guān)注的土星的大衛(wèi)星，不僅利用多種科學(xué)探測儀器對(duì)土星本身和土星的衛(wèi)星進(jìn)行觀察，甚至還利用太陽位于探測器和地球之間的機(jī)會(huì)，通過無線電波驗(yàn)證了愛因斯坦的廣義相對(duì)論，獲得了比以往精確度更高的數(shù)據(jù)來支持廣義相對(duì)論的有效性。卡西尼號(hào)的觀察表明，擁有豐富水資源的土衛(wèi)二是太陽系中最有可能存在微生物形式生命的星球之一。通過雷達(dá)穿透土衛(wèi)六濃密的云層，使我們有機(jī)會(huì)觀察到土衛(wèi)六上甲烷和其他烴類物質(zhì)構(gòu)成的海洋和湖泊。

作為卡西尼號(hào)最重要的子任務(wù)，由歐空局/意大利宇航局研制的惠更斯號(hào)著陸器利用降落傘在土衛(wèi)六上成功著陸，并利用卡西尼號(hào)作為中繼回傳了多達(dá)350幅圖像。這個(gè)重達(dá)320公斤的探測器是人類迄今在其他天體著陸最為遙遠(yuǎn)的探測器，回傳的圖像和數(shù)據(jù)為人類了解這個(gè)土星最大的衛(wèi)星提供了海量的信息。

卡西尼-惠更斯任務(wù)可以說是國際合作的一個(gè)典范。歐空局和意大利宇航局不但提供了惠更斯號(hào)著陸器，也為卡西尼號(hào)探測器本身提供了高增益通信天線及多種重要的雷達(dá)載荷和光學(xué)載荷。這說明多國合作是實(shí)現(xiàn)這類規(guī)模宏大的深空探索任務(wù)有效的途徑。

實(shí)際上，卡西尼號(hào)本身及其科學(xué)探測儀器在理論上還可以繼續(xù)工作，但由于推進(jìn)劑即將耗盡，失去變軌能力后的卡西尼號(hào)將無法確保不與土衛(wèi)二等衛(wèi)星相撞。由于人類已經(jīng)知道很多地球上的微生物可以在太空環(huán)境中存活多年，因此無法確保這些微生物不會(huì)“污染”土衛(wèi)二的環(huán)境，美國宇航局就是基于這樣的考慮將卡西尼號(hào)隕落在土星上。但在這一過程中，通過借助土衛(wèi)六的引力降低卡西尼號(hào)的軌道，也帶來了在更近距離上觀察土星環(huán)和土星表面的機(jī)會(huì)，使得這個(gè)已經(jīng)取得輝煌成就的探測器能夠最大限度地發(fā)揮余熱。所有這些，都是在人類深空探索歷史上留下的不朽豐碑?！?/p>