惠更斯號

惠更斯號

"惠更斯號"探測器由"卡西尼號"太空探測器攜帶,於2004年12月24日與母船分離,飛往土衛六,成功軟著陸,並於台北時間2005年1月15日0時19分發回首批數據。

  • 中文名稱
  • 外文名稱
    Huygens
  • 319公斤
  • 外    形
    貝殼
  • 速    度
    每小時1400公里

概述

惠更斯號是人類第一個登入土衛六的探測器。

惠更斯號是任務是調查雲,大氣層,及土星的衛星土衛六的表面地貌狀況.惠更斯號被設計為能夠突破進入土衛六的大氣層,並且執行一系列機器人指令展開降落傘到達土衛六表面惠更斯號探測器系統包括降落在衛星表面的探測器,還有一個探測器支持系統(PSE),這個系統可以維持探測器運行於設定軌道上.PSE包括電子跟蹤器件,登入數據蒐集恢復以及一個傳輸處理數據到軌道的傳送器,數據將被傳送或"下行"到地球.

2004年12月25日,"惠更斯"號脫離了位於環土星軌道的母船,飛向土衛六以完成它的使命。在這段時間裡,"惠更斯"號仍舊處於"睡眠"的狀態,探測器內部停止工作,直至抵達土衛六前幾小時才被喚醒。

"惠更斯"號重319公斤,外形像一個貝殼,前部有一個防熱盾,配備有三個降落傘,以用於降落過程。

在距離土衛六表面1200公里時,"惠更斯號"將以2.2萬公里/時的速度沖向土衛六表面。"惠更斯"號前部的防熱盾可以起到保護作用,避免它下降時與大氣劇烈摩擦而燒毀。約在距土衛六地表面190公里處,探測器和防熱盾分離。在距表面170公里處,探測器減速到每小時1400公里。此後,"惠更斯"號分別打開了三個降落傘。在距離土衛六表面幾百米處,它會打開探照燈,照亮土衛六地表物體。

在兩個半小時降落過程中,"惠更斯"號的儀器會拍下土衛六表面情況、量度風速及壓力,以及分析大氣層氣體,這些採集到的數據會傳回母船"卡西尼"號軌道器上。其登入地點可能是一個鋪滿甲烷凍的堅硬表面,石塊或是化學品海洋。但無論它登入何地,將繼續向母船傳送數據直到電池耗盡或母船離開接收範圍為止,電池估計能維持半個小時。ESA認為惠更斯號著陸的地方是固體陸地。

組成

攜帶儀器

惠更斯號探測器包含6個複雜的指令面板用於處理登錄土衛六後獲得的科學數據.這六部分是:

惠更斯號惠更斯號

惠更斯惠更斯號大氣結構探測儀(HASI)

都卜勒風實驗裝置(DWE)

降落成像儀/光譜輻射計(DISR)

氣相層析質譜儀(GCMS)

懸浮物質收集器和熱解器(ACP)

表面科學包(SSP)

設計缺陷

在探測器發射很長之後,有幾個參與的工程師發現卡西尼號上的通訊部件存在一個嚴重的設計缺陷,這個缺陷可能導致所有來自惠更斯號的信息數據完全丟失.

因為惠更斯號直接向地球傳送數據來說顯得太小了,所以人們設計當它通過土衛六大氣降落在其上後用無線電向卡西尼號發射遙感數據,這些數據將通過卡西尼號上的直徑4米大的主天線中轉到地球.一些工程師,如在ESA達姆施塔特工作的Claudio Sollazzo和Boris Smeds,對這個設計並不放心,他們認為,這個功能在發射前並沒有經過完全徹底的實況測試.Smeds試圖讓上層對已在飛行的卡西尼號執行附加測試.2000年上半年,他從地球向卡西尼號發出模擬能量變化和都卜勒效應的遙感數據.當時卡西尼號不能正常轉播數據.

原因是:當惠更斯號降落在土衛六上時,將會相對卡西尼號產生加速度,由此它的訊號將發生都卜勒效應.因此卡西尼號的硬體已經被設計為能夠接受超過效應範圍頻率的數據.無論如何,固件卻不能:都卜勒效應不僅改變了載波頻率,它也改變了有效負荷位的速率,這些信息以8192位每秒的周相移動速率發報,有一個模組的編程不能夠正確接收.

對固件進行重新編程是不可能的,為了解決問題卡西尼-惠更斯號的軌道必須進行調整.所以惠更斯號分離日期推遲了一個月(2004年11月推遲到2004年12月),調整的目的是讓進入土衛六降落的路徑可以相對於卡西尼號運動方向垂直,這樣就大大減小了都卜勒效應.

惠更斯號惠更斯號

登入土衛六

準備著陸

2004年12月24日聖誕夜那天,惠更斯號登入器正式與卡西尼號探測器分離,開始了奔向土衛六的長達400萬公里的行程,經過20天的長途跋涉,於台北時間14日18時13分抵達土衛六上空1270公里的目標位置,同時開啟自身的降落程式,著手準備穿越土衛六的大氣層。

惠更斯號惠更斯號

在短短3分種的時間內,進入降落程式的惠更斯號登入器的飛行時速由1萬8千公里飛快降到1400公里,在穿越土衛六的雲層時,登入器按順序打開一系列降落傘並使其自身速度降到300公里/小時。當惠更斯號降落到距離土衛六表面160公里的高空時,登入器上的各種科學探測設備開始運作,拍攝土衛六的表面照片、收集分析土衛六大氣的各項數據指標、將相關數據資料傳給在土星軌道飛行的卡西尼號探測器並由其傳回地球等工作有條不紊地進行著。當到達土衛六上空120公里的位置時,惠更斯號打開了最後的小型降落傘開始進入最終的著陸土衛六地表的過程。

著陸全程

惠更斯號的整個著陸過程持續2個小時15分鐘,在此期間,登入器上的6個探測設備分別收集了土衛六大氣的各項數據,其中,"氣象層質譜分析儀"收集分析大氣組成,"降落攝影光譜無線電儀"拍攝氣態甲烷照片和降落的全息攝影,並對"土衛六"的地表組成進行光譜分析。這些數據將同惠更斯探測器上其他設備探測收集到的有關"土衛六"風場強度、溫度、氣壓、電場和磁場等數據一起,經卡西尼號探測器傳送回地球。

成功登入

台北時間15日0時19分,位於德國西部達姆施塔特的歐空局地面控制中心終於收到了惠更斯號傳送的首批包括照片在內的各項數據。歐空局局長讓雅克多爾丹當場表示,"我們是土衛六的第一批訪客。我們正在接收的科學數據將會揭開這個新世界的秘密。"

由於自身攜帶的能源有限,惠更斯號登入器在登入後約90分鐘就結束了自己的探測使命,靜靜地、永遠地留在了土衛六的表面。但由其拍攝、收集、傳回的有關土衛六的地表特徵、大氣環境各項指數的科學數據已足夠歐空局的科學家們"消化"幾年時間的。由於土衛六大氣的物理及化學成分與40億年前的地球很相似,因此,科學家們希望通過對惠更斯號傳回數據資料的分析研究,能夠揭示土衛六的真實面目,探究地球生命的起源。

數據丟失

惠更斯"號在土衛六著陸被全世界譽為"巨大的成功"。的確如此,它發回的大量照片讓科學家們掌握了第一手資料,然而,"惠更斯"號並未完全按歐洲航天局的計畫執行任務,它也出現了重大"閃失",因為它搜尋到的數據事實上並未完全傳回地球。

"惠更斯"號成像小組的科學家只收到了他們所希望的整個著陸過程中所拍攝的照片的二分之一。按照原來的計畫,他們可以在持續2.5個小時的著陸過程中拍攝超過700張照片,可是,地球科學家只收到大約350張。另外,測算"惠更斯"號著陸過程中風速細微變化的都卜勒轉換實驗的數據也丟失了。 問題究竟出在哪裡?按照設計,在降落過程中,"惠更斯"號向在它正上方運行的"卡西尼"母船傳送了一系列信息,這些數據由"卡西尼"號暫時保存,到它正對著地球時再發給正在地面等待的科學家。"惠更斯"號使用兩條通路向"卡西尼"號傳送數據,而兩條通路使用的微波頻率略有不同。 在每一條通路中傳送的信息都有備份,就象兩個不同的電台廣播同樣的節目,因為這些信息是如此重要,如果丟失的話就太遺憾了。正是這種備份的設計才確保了這次探索任務沒有遭受失敗的命運。"卡西尼"號擁有兩個不同的接收器,用於收集"惠更斯"號發來的數據。可是,其中一個接收器沒有啟動。 原因其實很簡單,在整個任務期間,A通道接收器壓根就沒有開通,因為地面科學家根本就沒有向它發出"開通"指令。這是歐洲航天局的責任。需要向"卡西尼"號發出的所有指令由都科學家事先編寫好了軟體指令程式,美國噴氣推進實驗室向"卡西尼"號傳送的與"惠更斯"號任務有關的所有指令都由歐洲航天局編寫。 歐洲航天局科學主任索斯伍德表示,這個錯誤本來應該在檢查過程中發現的。現在歐洲航天局正在調查為什么這么嚴重的錯誤竟然沒有事先發現。

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