肖沐

太空剎車，進(jìn)入軌道

歐洲當(dāng)?shù)貢r間4月10日，執(zhí)行水星任務(wù)的“貝皮科倫布”探測器近距離掠過地球，借助地球引力成功進(jìn)行了計劃中的第一次太空剎車，并且發(fā)回了一組地球照片?！柏惼た苽惒肌笔侨祟悮v史上第2個水星專用探測器，它將跨越70億千米的旅程，于2025年抵達(dá)水星軌道。

水星是距離太陽最近的行星，同時是太陽系內(nèi)被探索次數(shù)最少的行星，抵達(dá)水星的能量耗費是到火星的8倍，而且需要更長的時間。水星距離太陽最近，所以公轉(zhuǎn)速度最快，同時質(zhì)量很小，引力和引力影響范圍都極小。

航天器離開地球沿內(nèi)層軌道飛向水星時，會受太陽的強大引力不斷加速，越飛越快，但是很難被水星引力捕獲，如果不在適當(dāng)?shù)臅r機(jī)剎車減速，可能無法進(jìn)入水星軌道，而是會一頭栽進(jìn)太陽火海里。單靠推進(jìn)器反向減速的方式無法實現(xiàn)這樣的剎車，但科學(xué)家們設(shè)計出利用引力彈弓效應(yīng)減速的方法幫助航天器到達(dá)目的地。

“貝皮科倫布”使用了先進(jìn)的太陽能離子推進(jìn)器，將繞行地球軌道1次、金星軌道2次、水星軌道6次，同時通過9次近距離掠過三大行星，借助它們的引力作用來減速和改變航跡，從而抵擋太陽的巨大引力，最終滑入穩(wěn)定的水星軌道。

抵達(dá)水星需要高難的技術(shù)和專業(yè)操作技能，向金星和水星借力需要等待適當(dāng)?shù)臅r機(jī)，因此，“貝皮科倫布”任務(wù)幾經(jīng)推遲才終于萬事俱備，在2018年10月20日的短暫窗口期發(fā)射升空，開始了7.2年的水星旅程。

過去一年多時間中，“貝皮科倫布”在近地球環(huán)日軌道上繞行一周，在4月10日抵達(dá)指定位置，完成首次和唯一一次的飛掠地球，進(jìn)一步向太陽系內(nèi)部移動。飛掠地球時，科學(xué)家們向“貝皮科倫布”上傳命令，使用地球和月球作為測試對象，進(jìn)行飛船儀器的開啟和校準(zhǔn)，并開展了一些太陽風(fēng)與地球磁場相互作用的測量研究。

有備而來，遠(yuǎn)航無憂

“貝皮科倫布”由日本宇宙航空開發(fā)機(jī)構(gòu)和歐空局合作研制，歐空局成員國中的12個國家、30多個公司參與了項目。除此之外，美國和俄羅斯也研制并提供了儀器。這是人類首次采用不同任務(wù)探測器組成編隊來探測水星。

飛船由2個探測器、水星轉(zhuǎn)移模塊和太陽防護(hù)罩組成。2個探測器中，水星行星軌道探測器由歐空局研制，攜帶11臺科學(xué)探測儀器，主要科學(xué)任務(wù)是觀測水星表面地形、重力場，精密計測水星礦物質(zhì)的化學(xué)成分;對水星成分進(jìn)行測繪，研究水星表面和內(nèi)部成分;研究水星磁場環(huán)境、行星與太陽風(fēng)交互以及大氣外層的化學(xué)組成。

水星磁層軌道器由日本宇宙航空開發(fā)機(jī)構(gòu)研制，裝有5臺科學(xué)載荷，將對水星的表面、內(nèi)部及磁場等進(jìn)行綜合觀測。這不僅有利于認(rèn)識水星磁場、磁層的分布，還能通過分析比對，加深對地球乃至宇宙間各種磁層的了解。同時它還將觀測水星的大氣和地形，關(guān)注水星的地表組成和變化過程，以深入了解水星的特異結(jié)構(gòu)，探索水星形成之謎。

水星環(huán)境非常惡劣，探測器繞水星軌道飛行將承受強烈的太陽輻射和高溫炙烤，如同“飛進(jìn)比薩烤箱”。在那里，每平方米面積會受到1.4萬瓦熱量的侵襲，是地球軌道上的10倍，這對探測器的溫度控制、姿態(tài)控制和輻射防護(hù)提出了非?？量痰囊蟆?/p>

“貝皮科倫布”為此做了周全的設(shè)計，采用了新設(shè)計的多層隔熱技術(shù)，最外層由陶瓷纖維制成。水星轉(zhuǎn)移模塊的太陽能電池板由60%的鏡片和40%的特殊電池組成，鏡片用于反射熱量，使它能在更高溫度下工作。水星行星軌道探測器上的散熱器能快速散出太陽傳導(dǎo)過來的熱量，還能散出在飛掠行星時從行星反射過來的熱量。八棱柱狀的水星磁層軌道器將用每分鐘15轉(zhuǎn)的速度自轉(zhuǎn)，以保證不會被太陽的熱量損壞。據(jù)悉，“貝皮科倫布”在2025年抵達(dá)水星后，將釋放2個探測器進(jìn)入各自軌道，協(xié)作開展為期1年的水星探測任務(wù)。

（本文摘編自《中國航天報》飛天科普周刊）