文/ 張晨

▲ 藝術(shù)家筆下的金星表面

“水手1號(hào)”/“水手2號(hào)”

上世紀(jì)50年代末期，美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室開始論證金星探測(cè)計(jì)劃。最初論證的計(jì)劃為686 千克的水手A 飛掠探測(cè)器和更大的水手B 探測(cè)器，后者將攜帶一個(gè)進(jìn)入艙飛向金星。然而這兩個(gè)金星探測(cè)器都需要當(dāng)時(shí)正在緊張研制中的半人馬座低溫上面級(jí)，而其進(jìn)度很可能趕不上1962年的發(fā)射窗口，最后不得不放棄開始的構(gòu)想，建造了水手R 探測(cè)器，也就是“水手1號(hào)”/“水手2號(hào)”。

1962年7月22日，宇宙 神-阿金納火箭托舉著水手1號(hào)探測(cè)器升空，然而在起飛后不到5 分鐘，火箭就偏離軌道，最后自毀。后來發(fā)現(xiàn)問題出在宇宙神火箭的導(dǎo)航系統(tǒng)。

1962年8月22日，第二枚宇宙神-阿金納火箭發(fā)射了水手2號(hào)探測(cè)器?；鸺茖?dǎo)系統(tǒng)的故障被排除，但是一臺(tái)游動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)了故障。在兩個(gè)助推發(fā)動(dòng)機(jī)分離后，火箭開始加速滾轉(zhuǎn)，導(dǎo)致在一二級(jí)分離時(shí)火箭姿態(tài)出現(xiàn)錯(cuò)誤。但阿金納上面級(jí)成功糾正了軌道，將“水手2號(hào)”探測(cè)器送入了前往金星的軌道。

▲ “水手2號(hào)”在廠房測(cè)試

▲ “水手2號(hào)”探測(cè)器

在巡航階段，“水手2號(hào)”可謂是命運(yùn)多舛。探測(cè)器先是姿態(tài)發(fā)散，隨后星上地球敏感器跟丟了地球。又過了兩個(gè)月，一側(cè)太陽能帆板失效了。推進(jìn)劑儲(chǔ)箱壓力異常增加，熱控系統(tǒng)故障，遙測(cè)通道失效。但是“水手2號(hào)”探測(cè)器最后頑強(qiáng)地抵達(dá)了金星，于1962年12月14日飛掠金星。

“水手2號(hào)”探測(cè)器攜帶的微波輻射計(jì)對(duì)金星進(jìn)行了18 次掃描，觀測(cè)到的溫度分別為217℃（夜晚），322℃（晨昏線）和238℃（白天）。推斷出金星表面溫度至少達(dá)到425℃。估算下金星表面大氣壓為2 兆帕，通過飛掠角計(jì)算出金星質(zhì)量為地球的81.485%。

因?yàn)闊峥貑栴}，“水手2號(hào)”探測(cè)器于1963年1月3日失聯(lián)。

水手5號(hào)

“水手5號(hào)”探測(cè)器是基于水手C（即“水手3號(hào)”/“水手4號(hào)”火星探測(cè)器）改進(jìn)的產(chǎn)物。它減小了電池板的面積，并且攜帶了鍍鋁聚四氟乙烯隔熱板。探測(cè)器發(fā)射質(zhì)量?jī)H為244.8 千克。

“水手5號(hào)”探測(cè)器項(xiàng)目于1965年12月啟動(dòng)，1967年6月14日由宇宙神-阿金納火箭發(fā)射升空，1967年10月19日飛掠了金星。

“水手5號(hào)”探測(cè)器對(duì)金星的質(zhì)量進(jìn)行了更精確的測(cè)定。探測(cè)器檢測(cè)到金星的電離層和弓形激波。無線電掩星測(cè)量結(jié)果更加驚人——測(cè)量的金星地面壓力為7.5 兆帕至10 兆帕，溫度為約530℃。

▲ 水手5號(hào)

“水手5號(hào)”在離開金星后檢測(cè)了太陽X 射線，隨后進(jìn)行了巡天掃描，1967年12月4日“水手5號(hào)”轉(zhuǎn)入休眠，1968年11月5日任務(wù)正式中止。

水手10號(hào)

“水手10號(hào)”探測(cè)器其實(shí)只是一次路過，借助金星的引力助推前往水星。然而探測(cè)器也對(duì)金星進(jìn)行了探測(cè)。

1973年11月3日2 時(shí)45 分，宇宙神-半人馬座火箭將“水手10號(hào)”探測(cè)器送入了近日點(diǎn)0.7 天文單位、遠(yuǎn)日點(diǎn)1.11 天文單位的環(huán)日軌道。入軌后探測(cè)器在20 萬千米高度對(duì)地球進(jìn)行了成像。

入軌后，“水手10號(hào)”遭遇一系列技術(shù)問題。首先是等離子體探測(cè)器未探測(cè)到太陽風(fēng)，接下來相機(jī)的熱控系統(tǒng)出現(xiàn)故障。不過探測(cè)器在11月13日順利完成了第一次修正，1974年1月21日完成第二次修正。

1974年1月28日，“水手10號(hào)”的穩(wěn)定陀螺出現(xiàn)故障，使得計(jì)算機(jī)誤認(rèn)為探測(cè)器姿態(tài)發(fā)散并且點(diǎn)火調(diào)整，消耗了16%的姿態(tài)控制推進(jìn)劑。不久發(fā)現(xiàn)問題是由磁強(qiáng)計(jì)懸臂導(dǎo)致的振動(dòng)引起。差不多同一時(shí)候，探測(cè)器的主配電系統(tǒng)發(fā)生了一次詭異的故障，使得能源余量大幅降低。

▲ “水手10號(hào)”

▲ 水手10號(hào)探測(cè)器相機(jī)校準(zhǔn)拍攝的地球

1974年2月5日16 時(shí)50 分，“水手10號(hào)”開始對(duì)金星成像。在距離金星8000 千米的距離上，“水手10號(hào)”總計(jì)拍攝4165 張照片，并且兩次完整記錄了金星大氣旋轉(zhuǎn)過程。大氣圖像記錄了“哈德里環(huán)流”的經(jīng)度方向氣流。“水手10號(hào)”探測(cè)到了金星的磁等離子體和巨量的原子氧，進(jìn)一步證明金星大氣層上某個(gè)高度存在水蒸汽。

先驅(qū)者號(hào)金星軌道器/先驅(qū)者號(hào)金星多器探測(cè)器

▲ 先驅(qū)者號(hào)金星軌道器

▲ 先驅(qū)者號(hào)金星多器探測(cè)器

先驅(qū)者號(hào)金星計(jì)劃由先驅(qū)者號(hào)金星軌道器（先驅(qū)者-金星1號(hào)，先驅(qū)者12號(hào)）和先驅(qū)者號(hào)金星多器探測(cè)器（先驅(qū)者金星2號(hào)，先驅(qū)者13號(hào)）兩個(gè)探測(cè)器組成。兩個(gè)先驅(qū)者號(hào)金星探測(cè)器是基于低成本設(shè)計(jì)的新型金星探測(cè)器，是為對(duì)金星的大氣進(jìn)行垂直探測(cè)而研制。

1978年5月20日，宇 宙神-半人馬座火箭發(fā)射了先驅(qū)者號(hào)金星軌道器。同年8月8日，先驅(qū)者號(hào)金星多器探測(cè)器也發(fā)射升空。

先驅(qū)者號(hào)金星軌道器是首次使用合成孔徑雷達(dá)對(duì)金星進(jìn)行測(cè)繪的任務(wù)，而先驅(qū)者號(hào)金星多器探測(cè)器是對(duì)金星大氣開展不同環(huán)境下垂直探測(cè)的任務(wù)。兩個(gè)探測(cè)器為了降低成本，盡可能使用了相同的部件，零件通用率達(dá)到了78%。發(fā)射用的火箭選擇了宇宙神-半人馬座火箭。

先驅(qū)者號(hào)金星軌道器使用一臺(tái)17.8 千牛推力的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)用于進(jìn)入金星環(huán)繞軌道。同時(shí)探測(cè)器攜帶了7 臺(tái)6.5 牛的推力器，加注32千克的肼用于姿控和軌道修正。先驅(qū)者號(hào)金星軌道器的發(fā)射質(zhì)量為553千克。

先驅(qū)者號(hào)金星多器探測(cè)器則重881千克，攜帶了一大三小4 個(gè)進(jìn)入器，根據(jù)它們進(jìn)入的不同位置，3 個(gè)小進(jìn)入器被分別稱為金星北部探測(cè)器、金星陽照區(qū)探測(cè)器和金星陰影區(qū)探測(cè)器。主進(jìn)入器重達(dá)316.5 千克，攜帶了一個(gè)3.6米直徑的降落傘，而93 千克的小型進(jìn)入器則沒有配備降落傘。

1978年12月4日15 時(shí)58 分，先驅(qū)者號(hào)金星軌道器開始制動(dòng)點(diǎn)火，航天器進(jìn)入了一條周期23小時(shí)11 分鐘的軌道，于1990年10月8日燒毀。

1978年11月20日，先驅(qū)者號(hào)金星多器探測(cè)器主進(jìn)入器被釋放，24日小型進(jìn)入器也被釋放。12月9日18時(shí)45 分，主進(jìn)入器以11.6 千米每秒的高速進(jìn)入金星大氣層，此間承受了超過280g的過載。進(jìn)入后18 分鐘降落傘成功部署，54 分21 秒后進(jìn)入器觸地，數(shù)據(jù)發(fā)送隨即停止。其余三個(gè)小進(jìn)入器也先后進(jìn)入金星大氣，隨后解體并被燒毀。

麥哲倫號(hào)金星軌道器

在金星環(huán)繞成像雷達(dá)任務(wù)取消后，美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的工程師決定簡(jiǎn)化探測(cè)器的設(shè)計(jì)。新的探測(cè)器叫做金星雷達(dá)測(cè)繪探測(cè)器（VRM）。只攜帶了一臺(tái)合成孔徑雷達(dá)和一臺(tái)高度計(jì)，可以提供30～50 米的高度分辨率。該探測(cè)器大量借用了以往的項(xiàng)目成果，1985年被命名為“麥哲倫號(hào)”。

1989年5月5日，“麥哲倫號(hào)”金星軌道器在美國(guó)肯尼迪航天中心由阿特蘭蒂斯號(hào)航天飛機(jī)攜帶升空。當(dāng)航天飛機(jī)飛越太平洋上空時(shí)，“麥哲倫號(hào)”從航天飛機(jī)貨艙內(nèi)施放出來，隨后慣性上面級(jí)和探測(cè)器的組合體分離，“麥哲倫號(hào)”展開太陽能帆板，再通過慣性上面級(jí)的一次點(diǎn)火奔赴金星。

▲ “麥哲倫號(hào)”拍攝的金星

▲ “麥哲倫號(hào)”拍攝到的金星撞擊坑

1989年5月21日，1990年3月13日和1990年7月25日，“麥哲倫號(hào)”進(jìn)行了3 次軌道修正,進(jìn)入金星軌道。

▲ “麥哲倫號(hào)”拍攝的金星全球高程圖

8月29日，“麥哲倫號(hào)”開始首軌成像。但是就在工程師們慶祝圖像前所未有的清晰度的時(shí)候，“麥哲倫號(hào)”失蹤了。14.5小時(shí)后，一個(gè)微弱的信號(hào)被深空網(wǎng)捕獲，并且這個(gè)信號(hào)以2小時(shí)的周期緩慢重復(fù)，這表明探測(cè)器正在自旋。10個(gè)小時(shí)后，麥哲倫號(hào)接到指令，恢復(fù)探測(cè)器指向。當(dāng)時(shí)工程師判斷是一個(gè)自檢程序出了故障，使得航天器進(jìn)入安全模式，關(guān)閉了所有儀器并且只使用中增益天線和低增益天線通信。幾天后這個(gè)問題又出現(xiàn)了，噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室無法和探測(cè)器取得聯(lián)系，于是決定讓深空網(wǎng)盲發(fā)指令，8 個(gè)小時(shí)后探測(cè)器終于恢復(fù)了控制，9月14日恢復(fù)成像。

在所有成像期間，“麥哲倫號(hào)”成像范圍覆蓋了超過98%的金星表面，每一圈軌道產(chǎn)生了超過100 兆比特的數(shù)據(jù)，是人類有史以來獲得的最清晰的金星表面圖像。探測(cè)器進(jìn)行了金星表面的重力場(chǎng)和高度測(cè)量。合成孔徑雷達(dá)獲得的清晰圖像證實(shí)金星是一個(gè)以火山活動(dòng)為主的世界。

1994年10月12日10 時(shí)02 分，在第15032 圈金星環(huán)繞軌道上，“麥哲倫號(hào)”與地面失去了聯(lián)系，2 天內(nèi)探測(cè)器就進(jìn)入了金星大氣層，最后不知道墜落于何處。

相關(guān)鏈接

歐洲和日本的金星探測(cè)器

歐空局金星快車號(hào)探測(cè)器

金星快車號(hào)探測(cè)器是歐空局基于2003年發(fā)射的火星快車號(hào)探測(cè)器研制的金星探測(cè)器，是歐洲首個(gè)金星探測(cè)器，上面搭載了7 種科學(xué)儀器，可以對(duì)金星大氣、離子環(huán)境及其與太陽風(fēng)的相互作用等進(jìn)行測(cè)量。

金星快車號(hào)探測(cè)器于2005年11月9日從拜科努爾航天發(fā)射場(chǎng)由聯(lián)盟-弗雷蓋特上面級(jí)發(fā)射升空，2006年4月11日進(jìn)入金星軌道，隨后進(jìn)入近點(diǎn)250 千米、遠(yuǎn)點(diǎn)66000 千米的環(huán)金星軌道。歐洲和美國(guó)科學(xué)家從歐空局“金星快車”探測(cè)器傳回的金星地質(zhì)圖像中發(fā)現(xiàn)了一些年代較新的熔巖流痕跡，這為金星上仍有火山活動(dòng)的觀點(diǎn)提供了新證據(jù)。

金星快車探測(cè)器于2014年11月28日與地面失去聯(lián)系。

▲ “破曉號(hào)”在金星低軌道工作的模擬圖

日本“破曉號(hào)”/“伊卡洛斯號(hào)”

金星氣候軌道器（VCO），即PLANET-C（行星-C）探測(cè)器，也叫做Akatsuki號(hào)，中文譯名“破曉號(hào)”。該探測(cè)器是日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)的第三個(gè)行星探測(cè)器。破曉號(hào)探測(cè)器利用多波長(zhǎng)成像技術(shù)，從軌道上研究金星大氣的動(dòng)力學(xué)，特別是高層大氣的超自轉(zhuǎn)和低層大氣的三維運(yùn)動(dòng)，從而探究金星大氣旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力原因。它還測(cè)量金星大氣溫度，尋找金星火山活動(dòng)和大氣閃電的證據(jù)。探測(cè)器發(fā)射質(zhì)量為480 千克。

▲ “金星快車”在軌示意圖

2010年5月20日21 時(shí)58 分，“破曉號(hào)”由H-2A-202火箭發(fā)射升空，一同發(fā)射的還有伊卡洛斯號(hào)太陽帆試驗(yàn)飛行器和UNITEC-1 空間技術(shù)試驗(yàn)立方星。其中UNITEC-1 試驗(yàn)立方星分離后不久就失去了信號(hào)。

2010年12月7日，“破曉號(hào)”開始制動(dòng)點(diǎn)火，由于發(fā)動(dòng)機(jī)提前關(guān)機(jī)，“破曉號(hào)”沒有成功進(jìn)入金星軌道。之后探測(cè)器進(jìn)入了環(huán)繞太陽的軌道運(yùn)行，2015年，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)的工程師們控制探測(cè)器使用4 臺(tái)沉底發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒20分33 秒，進(jìn)入了周期為44小時(shí)的高金星橢圓軌道?！捌茣蕴?hào)”現(xiàn)在也是唯一一個(gè)在軌的金星人造衛(wèi)星。★