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        圖解深空探測史

        2019-04-09 07:36:46葉楠
        太空探索 2019年3期

        文/葉楠

        金星探測(上)

        金星是太陽系八大行星中距離太陽第二近的大行星,也是公轉軌道距離地球最近的一顆。它的質量、體積均與地球相仿,所以經(jīng)常被稱為地球的姊妹星。上世紀60年代初,蘇美兩國在太陽系探測領域的競爭并不僅僅局限于月球,還同時將目光瞄向了金星。迄今為止的半個多世紀里,只有蘇聯(lián)、美國、歐空局和日本的探測器發(fā)向金星。

        金星1號:首次飛掠金星

        1961年2月12日,蘇聯(lián)閃電號運載火箭搭載著金星1號探測器從拜科努爾發(fā)射場升空。經(jīng)過10天的飛行,“金星1號”已經(jīng)距離地球320萬公里,但此時卻失去了它的訊號。據(jù)推測,1961年5月19日至20日期間,“金星1號”在距離金星10萬公里處飛掠而過,但無法得到它的探測結果,之后成為了一顆繞日公轉的人造衛(wèi)星。

        盡管“金星1號”此次探測金星未果,但在天文學領域還是有些重要發(fā)現(xiàn),如在距離地球190萬公里處對太陽風和宇宙線的探測,證實這種等離子體均勻地分布在地球附近空間中。

        水手2號:傳回金星的數(shù)據(jù)

        美國的水手1號金星探測器于1962年7月22日發(fā)射,但起飛后294.5秒,因制導系統(tǒng)故障,不得不自毀。

        一個月后的8月27日,美國第二個金星探測器水手2號,搭乘宇宙神-愛琴娜火箭發(fā)射升空。它攜帶了微波輻射計、磁力計、宇宙線探測器等科學儀器。12月14日,歷經(jīng)108天、2億9千萬公里的長途飛行之后,“水手2號”從距金星34000公里處飛掠而過,并拍攝了金星的紅外及微波波段圖像。天文學家根據(jù)數(shù)據(jù)分析出金星表面覆蓋著厚達60公里的二氧化碳大氣層,由此帶來的溫室效應使得金星表面的溫度高達500℃。

        金星3號:首次著陸金星

        1965年11月16日,蘇聯(lián)的金星3號探測器(左圖)發(fā)射升空,發(fā)射質量960千克,包括空間飛行器和著陸器兩部分,安裝了磁力計、宇宙線探測器、太陽風探測器等科學儀器,還攜帶了一枚印有蘇聯(lián)國徽及此次任務標志的硬幣(右圖)。經(jīng)過3個半月的飛行,1966年3月1日,“金星3號”重達377千克的著陸器通過降落傘登陸金星表面,成為第一個抵達其他大行星表面的人造物體。遺憾的是其攜帶的通訊系統(tǒng)在2月16日就已經(jīng)出現(xiàn)故障無法使用,所以未能傳回此次“親密接觸”的信息。

        金星4號:首次傳回金星大氣信息

        蘇聯(lián)金星4號探測器重達1106千克,攜帶的科研儀器包括三軸磁強計、宇宙線檢測器、離子探測器、光譜儀等。著陸器直徑1米、重383千克,配置了6臺科學儀器,主降落傘面積達到55平方米,能夠承受450℃的高溫。“金星4號”于1967年6月12日發(fā)射,10月18日進入金星大氣層,距離金星表面26公里時開始采集數(shù)據(jù),一共向地球傳輸了94分鐘的數(shù)據(jù)。結果顯示,在此過程中金星大氣溫度從25℃上升到270℃、大氣壓力從50千帕上升到1800千帕,高于著陸器所能承受的最大壓力,因此著陸器未能登陸金星。根據(jù)“金星4號”采集的兩份氣體樣品研究顯示,金星大氣主要由二氧化碳構成。圖為金星4號紀念幣。

        水手5號:競爭與合作

        “金星4號”發(fā)射后不到兩天,美國于1967年6月14日發(fā)射了水手5號金星探測器,僅比“金星4號”晚一天抵達金星附近?!八?號”以飛掠的方式對金星進行探測,最近距離只有4000公里。通過測量得到金星的質量為地球的81.5%,磁場強度上限為地球的0.2%,另外,還在金星附近發(fā)現(xiàn)太陽風弓形激波。

        1968年3月,美國和蘇聯(lián)的天文學家聚集在美國基特峰天文臺,召開第二屆行星大氣會議,共享了研究成果,并在會上達成共識:尚沒有探測器成功探測到金星表面數(shù)據(jù),也沒有成功測量出金星的半徑。

        金星7號:首次測出金星表面環(huán)境數(shù)據(jù)

        “金星4號”的成功大大鼓舞了蘇聯(lián)航天人的士氣,在對設備儀器進行了改進后,1969年連續(xù)成功發(fā)射了“金星5號”和“金星6號”,對金星大氣的氣壓、溫度,以及金星磁場等進行了更精確的測量。

        1970年8月17日,加強了抗熱及抗壓能力的金星7號探測器升空。12月15日,“金星7號”以每秒11.5公里的速度進入金星大氣,著陸器減速時的過載達到350g,防熱罩承受溫度達到11000℃。在距離金星表面60公里時,速度降低到每秒200米,此時降落傘打開,探測設備開始采集數(shù)據(jù)。但在距離金星表面20公里高度時,降落傘開始熔化,進入過程持續(xù)35分鐘后探測器突然靜默,短于最初設計的60分鐘。之后經(jīng)過2個月的遙測分析,證實探測器在撞擊金星表面后又發(fā)射了22分58秒的信號。根據(jù)數(shù)據(jù)分析,金星表面溫度為475℃,大氣壓力為9至10.5兆帕。這是人類首次得到金星表面環(huán)境的直接測量數(shù)據(jù)。圖為“金星7號”的著陸器。

        金星9號:第一張金星表面照片

        1975年6月8日,蘇聯(lián)用質子號火箭發(fā)射了金星9號探測器。探測器高6.7米、重約5000千克,直徑1米的球形著陸器安置在頂部直徑為2.4米的球形艙內。10月22日,“金星9號”進入金星軌道,成為金星的第一顆人造衛(wèi)星,同一天,著陸器進入金星大氣層,經(jīng)過75分鐘的下降,成功降落在北緯31.01°、東經(jīng)291.64°地區(qū)。著陸器攜帶有兩臺相機,傳回了第一張金星表面照片,但有一臺相機蓋未能成功打開,原計劃360°的全景照片只能傳回一半(180°)。圖為“金星9號”拍攝的金星表面。

        金星11號與金星12號:金星上閃電頻發(fā)

        蘇聯(lián)金星11、12號探測器分別于1978年9月9日和14日用質子號火箭發(fā)射升空。兩個探測器均重4940千克,裝有相同的科學儀器,包括伽瑪射線光譜儀、紫外光柵單色儀、電子和質子光譜儀、伽瑪射線爆發(fā)探測器,此外,還安裝了太陽風離子探測器和兩個頻率變送器,用來研究太陽風的成分、伽瑪射線爆發(fā)、紫外線輻射以及金星電離層的電子密度。

        金星11、12號的著陸艙分別于1978年12月21日和25日在金星表面軟著陸,并且分別工作了110分鐘。特別是“金星12號”,在下降的過程中,探測到金星上空閃電頻發(fā),僅在距離表面11公里下降到5公里的過程中就錄到1000次閃電,有一次閃電竟然持續(xù)了15分鐘!

        先驅者金星計劃:美國的金星探測

        1978年的金星探測窗口,美國和蘇聯(lián)各進行了兩次發(fā)射。美國的先驅者金星計劃包括兩個金星探測器:先驅者金星1號、2號(也稱先驅者12號、13號)。

        先驅者金星1號(左圖)是一個環(huán)繞金星飛行的探測器,于1978年5月20日發(fā)射升空,12月4日進入金星環(huán)繞軌道,拍攝了金星的紫外圖像(右圖)?!跋闰屨呓鹦?號”在軌時間長達14年,直至1992年10月8日推進劑耗盡,于10月22日墜入金星大氣層。

        “先驅者金星2號”發(fā)射于1978年8月8日,它所執(zhí)行的是金星大氣進入任務,共攜帶了一大三小共四臺探測器。12月9日,“先驅者金星2號”進入金星大氣層,此次任務旨在大氣層降落階段收集數(shù)據(jù),并沒有攜帶照相設備,也沒有設計軟著陸設施,盡管如此,竟然還有一臺探測器在著陸后“存活”并傳回數(shù)據(jù)。

        金星15號與金星16號:首次金星高分辨率雷達測繪

        蘇聯(lián)的金星探測計劃從1961年持續(xù)到1983年,早期發(fā)射成功率并不高,但從1975年金星9號之后,直到最后的金星16號全部發(fā)射成功。

        “金星15號”于1983年6月2日發(fā)射,10月10日抵達金星軌道?!敖鹦?6號”于1983年6月7日發(fā)射,10月11日抵達金星軌道,只比“金星15號”晚了一天。兩個探測器都以極地軌道繞金星公轉,軌道傾角92.5°,軌道周期24小時,近金點高度約1000公里,位于北緯62°區(qū)域。金星15號和16號在軌時間接近9個月,對金星北緯30°以北區(qū)域進行了高精度的雷達測繪(如圖),約占金星表面積的25%。

        維加計劃:從金星到哈雷彗星

        維加計劃是蘇聯(lián)在上世紀80年代中期實施的對金星和哈雷彗星的探測任務,包括維加1號和2號兩個探測器。這項計劃的名稱“維加(Vega)”來自于俄語中金星(Venera)和哈雷(Gallei),因此也被稱為金星-哈雷計劃。

        維加1號和2號分別發(fā)射于1984年12月15日和20日,并分別于1985年6月11日和15日抵達金星。兩個探測器分別釋放了著陸器和探測氣球。“維加1號”的著陸器在距離金星表面20公里處由于金星強風的影響意外啟動,除了質譜儀之外沒有接收到其他儀器發(fā)回的信號。維加2號著陸器成功著陸在南緯7.14°、東經(jīng)177.67°,位于金星阿芙洛狄忒臺地,測量發(fā)現(xiàn)這里表面的大氣壓強為是地球表面標準大氣壓的91倍,溫度為463℃。

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