"麥哲倫"號金星探測器

"麥哲倫"號金星探測器

1989年5月5日,"麥哲倫"號金星探測器在美國肯尼迪航天中心由"亞特蘭蒂斯"號太空梭攜帶升空。當太空梭飛越太平洋上空時,"麥哲倫"號從太空梭貨艙內施放出來,約1小時後,推力達近4萬公斤的兩級"慣性頂級"火箭將其送上前往金星的軌道。"麥哲倫"號是美國11年來發射的第一個從事星際考察的探測器,也是從太空梭上發射的第一個擔負這種任務的探測器。

  • 中文名稱
    "麥哲倫"號金星探測器
  • 研製單位
    美國航天局
  • 造    價
    4.13億美元
  • 研製國家
    美國
  • 現    狀
    已損毀

簡介

麥哲倫號金星探測器

名稱型號:"麥哲倫"號金星探測器

冷戰期間,美蘇展開太空競賽,各自發射探測器對金星探測。此時美國先後發射了10個水手號金星探測器。1962年7月22日發射的第一個水手1號重202千克,帶兩塊太陽能電池板,但因火箭偏離軌道,發射失敗。一個月後的8月27日,水手2號發射成功,到12月14日從距金星34800千米處飛過,探測了金星的大氣溫度,從而揭開了人類探測金星的序幕。1967的6月14日起飛的水手5號,飛到離金星的距離隻有4000千米的地方。最後一個水手10號探測器,是1973年11月3日發射的,它重503千克,攜帶有紫外線分光儀,磁力計,粒子計數器,電視攝像機等。1974年2月5日飛經距金星5760千米的地方,拍攝了幾千張金星雲層照片。美國水手號系列探測器飛越金星隻能算作"走馬觀花"的考察。直到1989年5月5日,美國亞特蘭蒂斯號太空梭,將一個以16世紀葡萄牙航海家麥哲倫命名的探測器帶上太空,並在5月6日把它送上飛向金星的旅途。這個麥哲倫號探測器重3365千克,裝有一套先進的電視攝像雷達系統,能透過厚實的雲層測繪出金星上一個足球場大小的物體圖象。它經過462天的太空飛行,于1990年8月10日,飛臨離地球2.54億千米的地方對金星考察,"麥哲倫"號探測器進入繞金星飛行的軌道,利用先進的成像雷達系統對金星全球進 行了詳細的拍攝,還對金星95%的地區進行了高解析度的重力測量。整個拍攝和測量過程歷時4年,取得了豐碩的科學成果。1994年10月12日,"麥哲倫"號探測器 進入金星稠密大氣層,以試驗一種新穎的空氣製動技術,並獲取金星稠密大氣的資料。探測器在進入金星大氣後燒毀。這是第一次利用一個行星際探測器進行這種破壞性試驗。

考察任務

這次"麥哲倫"號探測器主要考察任務是:更多地了解金星的地質情況,如表面構造、電特徵等,並加以分析,研究火山和地殼構造以及形成金星表面特徵的原因,更多地了解金星的物理學特徵,主要是其密度分布和金星內部的力學特徵,進一步了解金星表面物理學方面的知識。

"麥哲倫"號探測器此次科學考察要進行幾項實驗項目:

1.使用高解析度的雷達,在243天(金星自轉一周)的飛行中,對90%的金星表面連續成像;

2.測量金星表面高度的外形,繪製金星全球地形圖,其解析度相當于合成孔徑雷達距離鑒別力;

3.確定金星重力場的特徵。

工作原理

"麥哲倫"號探測器上採用了先進的合成孔徑雷達,主要作用是成像,但也進行輻射測量等,其特點是精度高,可以360米以上的解析度測繪金星,這樣高的精度是以往探測金星的航天器所沒有的。其掃描寬度25公裏,高頻增益無線直徑為3.7米,該天線的作用是或供合成孔徑雷達使用;或用于向地球傳送資料。雷達系統重163公斤(無線除外)。該雷達系統由休斯飛機公司製造。此外,探測器上還裝有一台測高儀,也使用高解析度測量金星。此外,探測器上還攜帶有備用系統,萬一出了差錯,其備用的合成孔徑雷達,低頻增益天線以及電腦軟體將重新調整並核查探測器系統,為了保證探測器安全可靠,其上還安裝了兩種星載錯誤保護系統裝置,一種用于針對姿態控製,一種用于針對除姿控外的各種錯誤。姿控監測系統進行的全系統"健康"檢查能查出造成反常現象的原因,並能確定補救方法。其它故障則由"麥哲倫"號指令與資料系統中的電腦軟體作個別處理。

構造與功能

構造

"麥哲倫"號探測器是一個重約5559公斤,採用三軸穩定的航天器。其運行中姿控製所用的電能與動能均由一對太陽能電池帆板和3個陀螺回轉的動量輪來提供。從外形上看,探測器的頂部是推進系統,主要是球形固體火箭。中間是多面棱柱體的儀器艙,其表面裝有溫度控製窗以及掃描器、平衡航等,兩個短形的太陽電池能帆板如同兩把扇子插在探測器的"腰間";探測器的底都是大型拋物面形的高低頻增益無線。探測器上的電力由二個太陽電池能帆板和二個鎳一幅電池組提供,二個太陽能電池帆板田面積總計約12.6平方米,它始終朝向太陽,在航天器對金星探測時,可提供1029瓦的電能。推進系統採用星-48型固體火箭發動機,它可為探測器進入統金星軌道提供動力。星-48型發動機總重約1820公斤,推進劑重約1718公斤,殼體重102公斤,裝葯比為0.94。為適應不同推力的需要,發動機可以調整裝葯量及其性能,裝葯量可以增加15%,推力可達約7000公斤。發動機採用金屬外殼,三向編織碳-碳纖維噴管,真空比沖約為292秒。另外,該發動機具有"一機多用"的特徵,當它作為太空梭的"輔助推進艙"時,可將1052公斤重的衛星從傾角28.5度,高度為296公裏的初始圓形軌道送入傾角27度、高度為296×35786公裏的橢圓形轉移軌道,如增加發動機裝葯,還可把衛星的重量增加到1247公斤。

功能

"麥哲倫"號探測器上採用了先進的合成孔徑雷達,主要作用是成像,但也進行輻射測量等,其特點是精度高,可以360米以上的解析度測繪金星,這樣高的精度是以往探測金星的航天器所沒有的。其掃描寬度25公裏,高頻增益無線直徑為3.7米,該天線的作用是或供合成孔徑雷達使用;或用于向地球傳送資料。雷達系統重163公斤(無線除外)。該雷達系統由休斯飛機公司製造。此外,探測器上還裝有一台測高儀,也使用高解析度測量金星。此外,探測器上還攜帶有備用系統,萬一出了差錯,其備用的合成孔徑雷達,低頻增益天線以及電腦軟體將重新調整並核查探測器系統,為了保證探測器安全可靠,其上還安裝了兩種星載錯誤保護系統裝置,一種用于針對姿態控製,一種用于針對除姿控外的各種錯誤。姿控監測系統進行的全系統"健康"檢查能查出造成反常現象的原因,並能確定補救方法。其它故障則由"麥哲倫"號指令與資料系統中的電腦軟體作個別處理。

科學使命

1994年10月12日,被譽為最成功的星際探測飛船"麥哲倫" 號金星探測器10月12日與地面失去最後的無線電通信聯系,在過去的5年5個月時間內一直跟蹤這艘無人駕駛宇宙飛船運行的美國科學家為此而在手臂上戴上了黑紗。

美國航空航天局下屬的噴氣推進實驗室隨即宣布,"麥哲倫" 號發出的最後信號于格林尼治時間當天10時02分抵達地面,對其進行的無線電監聽此後還持續了8個小時。顯然是因為探測器上太陽能電池輸出電壓過低的緣故,無線電電裝置已無法維持工作狀態。

盡管探測器的實際狀況已經無從獲知,但根據其飛行軌跡測算出的結果顯示,"麥哲倫"號還在飛行,但是高度不斷降低。最終將在金星大氣壓力的作用下分裂成數塊碎片,最早于14日落到溫度高達攝氏500度的金星表面上。

"麥哲倫"號自1989年5月由太空梭釋放進入太空並于次年8月接近金星以來,已圍繞該行星飛行15018周,運用能夠透視金墾雲層的先進雷達對其百分之九十八的地貌全景進行了測繪,發回的資料在數量上超過此前其他探測器發回資料的總和。

鑒于已經無法把這一耗資8億多美元的探測器回收到地面上,科學家昨天5次遙控啓動"麥哲倫"號的助推發動機,使其從相距金星表面大約135公裏的近圓形軌道轉入到逐漸落向金星表面的弧形軌道,作最後的航天飛行器械空氣動力學實驗

一方面,科學家希望通過測定"麥哲倫"號在遭遇由二氧化碳和硫酸氣體構成的金星大氣時承受的扭矩大小,確定金星大氣二氧化碳層的厚度,幫助研究地球大氣二氧化碳含量增加是否也會形成類似金星那樣不適于生命形式存在的氣候。

另一方面,借助于把"麥哲倫"號上兩塊5.8米長太陽能電池板由原先的雙翼形狀變成了雙葉螺旋槳形狀、進而延緩其下降過程,科學家可望找到一種方法,來延長今後發射的星際探測飛船的飛行時間。

對于失去這樣一艘在飛行最後階段都為人類空間探測事業作出貢獻的宇宙飛船,美國航天局的科學家不無惋惜之情。噴氣推進實驗室的工作人員向新聞界承認,這是一個令人傷感的時刻。不過,傷感之餘,他們還為"麥哲倫"號之行的圓滿成功感到興奮。

探測金星

金星是太陽系九大行星中距地球最近的一顆行星,在地球內側的軌道上運行。它也是浩瀚星空中最亮的一顆啓明星。但是金星總是被濃厚的雲層包圍著,即使用天文望遠鏡也很難窺見到它的真面目。金星的外表最像地球,且質量和大小都同地球相近,因此人們一直把它看作是地球的孿生星球。然而,金星在許多方面也與地球迥然不同,它逆向自轉,速度很慢,周期為243天,比它繞太陽公轉的周期還長18.3天,也就是說金星上的一天比一年還長。由于它上面的大氣實在太厚,比地球大氣濃密近百倍,而且總是一面朝向地球,另一面要隔200年才能看見一次,所以在20世紀50年代以前誰也不知道它是什麽模樣。可是當雷達的回波傳到地球之後,人們無不為之驚奇:原來在濃密的大氣之下,金星是一個表面溫度高達480℃的火球;同時,金星上有無數火山不斷噴發,加劇了金星大氣的對流,形成一年到頭的狂風,風力比地球上的台風還要猛烈6倍。面對這樣的高溫和充滿狂風的世界,空間探測器也很難接近它進行考察。

伽利略探測器1990年拍攝的金星照片伽利略探測器1990年拍攝的金星照片

人類對太陽系行星的探測首先是從金星開始的。迄今雖然隻有約20個探測器造訪過金星,但它們已初步揭開了金星的面紗。

蘇聯于1961年2月12日發射的金星1號,是第一個飛向金星的探測器。這個探測器重643千克,在距金星9.6萬千米處飛過,進入太陽軌道後由于通信中斷,沒有探測結果。1967年1月12日發射的金星4號,于同年10月18日直接命中金星,測量了大氣的溫度、壓力和化學組成,第一次向地面發回探測資料。1970年8月17日發射的金星7號,首次在金星上軟著陸成功。它發回的資料表明,金星表面的大氣壓強為地球的90倍,溫度高達470℃。1975年6月8日和14日先後發射的金星9號和10號,于同年10月22日和25日分別進入不同的金星軌道,並成為環繞金星的第一對衛星。它們探測了金星大氣結構和特徵,首次發回了電視攝像機拍攝的金星表面圖像,從圖像中能清晰地看到100米遠的景物,在著陸點四周布滿直徑10米不等的石塊。1981年10月30日和11月4日先後上天的金星13號和14號,其著陸艙攜帶的自動鑽探裝置深入到金星地表,採集了岩石標本。1983年6月2日和7日發射的金星15號和16號,4個月後用雷達高度計在金星軌道上對金星表面掃描,繪製了北緯30°以北約25%金星表面的地形圖。此外,前蘇聯的維加1號和2號兩個金星-哈雷彗星探測器,在1985年6月9日和13日與金星相會,向金星釋放了充氦氣球和著陸艙,它們攜帶電視攝像機對金星大氣和雲層進行了探測,探測了金星的高速大環流,鑽探和分析了金星土壤。

金星

美國在1962年8月27日發射的水手2號探測器,于同年12月14日從距金星3500千米處飛過時,首次測量了金星大氣溫度,拍攝到了金星的照片,它是第一個成功探測金星的探測器。1967年6月14日發射的水手5號,1973年11月3日發射的水手10號,都先後飛臨金星,拍攝發回4000多幅金星照片。1978年5月20日和8月8日又先後發射成功先驅者-金星1號和2號兩個金星探測器。先驅者-金星1號于同年12月4日進入金星軌道,成為金星的衛星。它對金星高層大氣觀測了244天,考察了金星的雲層、大氣和電離層,研究了金星表面的磁場,探測了金星大氣和太陽風之間的作用,測繪了93%的金星表面地形。先驅者-金星2號于同年12月9日飛臨金星,考察了金星的雲層、大氣和磁場。金星上層大氣和電離層十分活躍,在金星的雲被中不同層次具有明顯的物理和化學特征,金星的大氣主要成分是二氧化碳,可見雲層由硫酸霧組成。因此,金星上降雨時,落下的是硫酸而不是水。

1989年5月4日,阿特蘭蒂斯號太空梭將一個名叫麥哲倫號的金星探測器攜帶升空,並于第二天把它送入飛往金星的旅程。麥哲倫號探測器重3 365千克,裝有一套先進的電視攝像雷達系統,能透過厚實的雲層測繪出金星表面上小如一個足球場的物體圖像,其清晰度能勝過迄今所獲金星圖像的10倍。它經過460多天的太空飛行,于1990年8月10日進入金星軌道,並于8月16日首先用合成孔徑雷達對金星表面進行試驗性測繪,發回第一張金星照片,該照片顯示出金星表面面積為40千米×80千米大的熔岩平原。1990年9月15日麥哲倫號探測器首次獲得第一張完整的金星地圖,從中發現金星上有巨大的熔岩流、數以千計的裂縫和火山口,還有高聳的山嶺、巨大的峽谷、隕石坑、沙丘和活火山等。麥哲倫號的探測表明,金星上有時發生大的風暴,有過火山活動,表面溫度高達280℃~540℃。它沒有衛星,沒有水滴,磁場強度很小,大氣成分主要是二氧化碳,金星上不適于存活生命物質。

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