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NASA痛失良将!又一位深空英雄,永远离开了我们

时间:2018-11-04 13:26 来源:未知 作者:http://www.wzgld.cn 阅读:

  “我是科学家,我来做科普”。这是一个中国科学技术协会主办、果壳网承办科学家从事科普的内容平台,与之匹配的有演讲产品,新媒体矩阵和科普技能培训班。

  人类向太空发射的探测器们也要面对自己的宿命,待到他们寿终正寝时,可能会像“卡西尼”(Cassini)号在土星大气层绚烂的陨落;或是像“信使号”(MESSANGER)那样在水星地表制造了一个新的撞击坑,安眠其中;再或是像“先驱者10号/11号”(Pioneer 10/11)那样寂静地漂泊于天际。

  这一次,一个名为“黎明号”(Dawn)的小行星探测器和我们永别了,它的燃料已全部耗尽,于2018年11月1日被宣告正式退役。

  作为唯一一颗同时环绕过两颗地外天体的探测器,它仍将继续陪伴它的第二任“伴侣”——谷神星,度过数十年乃至更久的时光。

  时间回到18年前,在2000年,NASA的“探索”(Discovery)计划征集2艘深空探测器,探索计划的预算只有可怜的3亿美元,相当于NASA当年财政预算的2.2%,是最廉价的深空探测计划。但是,那一次报名的项目多达26个!

  为了从26个项目中脱颖而出,黎明号小行星探测器选择了当时很少有人涉及的区域——小行星带。它的主要探测对象是小行星带最大的两颗天体——灶神星和谷神星。这两颗天体占了小行星带45%的总质量,一颗很“湿”,蕴含着水冰,另一颗却很“干”。究竟什么样条件的岩石行星才能保住生命之源的水,可能对于回答地球生命起源有关的问题有所帮助。

  由于受到“彗核之旅”号失败的影响,以及新的“探索”计划项目总是超出预算,诸多因素下,“黎明号”探测器的项目进入了跌宕起伏的拉锯战:

  为了让黎明号能在太空中照顾好自己,众多工作人员的倾注了大量心血,让黎明号拥有了一个1.64m*1.27m*1.77m的精致“小房间”。

  探测器的基本框架则借鉴了轨道科学公司(Orbital)的第一款探测器“深空1号”,预计设计寿命10年,所有系统都有备份和自动错误检测,当其中一套系统故障时,会自动切到另一套系统中。

  探测器的核心是一个巨大的石墨复合材料圆罐和一个小罐,用于存放巨量的氙(425kg)和少量的肼(45.6kg)。

  围绕着这个圆罐,工程师们用铝芯的石墨环氧树脂面板搭建了内部的基础框架,所有处于内部的子系统都安装在框架上。

  和绝大多数探测器不同的是,黎明号小行星探测器是NASA的第一艘用离子推进器取代常规化学推进器的深空探测器。因此,动力子系统是黎明号最特别的地方。

  常规探测器使用化学能推进,这一推进方式推力大,但消耗也大,能持续的推进时间短,携带的燃料往往会受到限制。而离子推进这一方式的缺点是推力小,但却可以稳定、长时间的推进,消耗的工质也不多,十分适合工作时间长,速度变化并不是很大的轨道,这正是黎明号探测器所具备的。

  3台离子推进器,一台安装于前方,一台位于后方,还有一台位于正下方。每台推进器的喷嘴直径有33cm,长41cm,重8.9kg。

  至于推力,推进器在3100s的高比冲下能提供92毫牛顿的推力,但离子推进器可以连续开机好几个星期,累积产生的速度变化足以满足需要。实际的推力在19毫牛顿到92毫牛顿之间,并且分了112个档位,可以说做的非常细致了。

  为了深入了解小行星,黎明号一共携带了3款仪器:可见光与红外光谱仪VIR、相机FC和γ射线及中子探测仪GRaND。而由于经费原因,原本计划携带的磁力计和激光高度计并没有成行,令人惋惜。

  2007年4月,黎明号抵达发射场,并计划于6月发射。可能是黎明号“脾气太倔”,发射前的准备仍然是一波三折:

  由于这次发射太耽误时间了,8月让位于发射窗口更紧张的“凤凰号”火星探测器,发射推迟到了9月;

  和所有节约成本的探测器一样,黎明号并没有径直奔向探测目标,而是选择了更省力省钱,却需要更多的耐心、更远的距离和更漫长的时间的轨道——霍曼转移轨道。

  黎明号首先经过的是火星。2009年2月17日,“黎明号”从距离火星549km的高度擦肩而过,这个距离大约相当于从深圳到厦门。这次火星飞掠也是检测探测器上仪器的好机会,不过由于软件错误,直到飞掠后两天,探测器才从安全模式恢复过来,匆匆地看了火星几眼,就踏上了下一程的旅行。

  每一段霍曼转移轨道都意味着漫长的等待,但等在前方的,就是人类未知的世界了,每一段旅程都充满新的惊喜。

  2011年7月16日,是黎明号投入灶神星怀抱的第一天,由于被灶神星俘获芳心,专注于摆POSE,天线都没有朝向地球,完全“忘了”要和地球联系这档事。直到一天后,“黎明号”才缓过神来,向地球报了声“洞房花烛夜”的喜讯。

  这是人类第一次近距离看到灶神星——小行星带第二大的天体。由于在2006年,国际天文联合会IAU定义了矮行星,谷神星和冥王星一升一降,都成为了矮行星,因此灶神星成为这里最大的一颗小行星。

  2011年12月8日, “黎明号”开始和灶神星亲密相处,最近的距离只有210千米。在这个距离上,灶神星的“黑斑”(黑点)和“皱纹”(裂缝)都清晰可见。

  在科学家们看来,这些裂缝沟壑可能是被液态水侵蚀的结果。灶神星,可能是太阳系形成岩石行星的过程中唯一剩下的大型小行星了,剩余的同类大多通过碰撞,形成了如今内太阳系的大行星(水星、金星、地球、火星)。

  2012年8月26日,是地球指派黎明号于灶神星“分手”的日期。黎明号可能有些依依不舍,于是上演了一场动量轮故障的戏份,成功的将告别的日子推迟了10天。

  而且,“黎明号”在路上明显不配合。撇开陆陆续续出现故障的动量轮不说,2014年9月,“黎明号”又坏了一个离子推进器,地面的工程师们不得不紧急更新转移轨道。由于离子发动机的推力很低,因此任何调整也需要慢慢实现,即一定要和黎明号“磨性子”。

  除了性子慢,黎明号的脾气也是够犟了,自打人们硬生生的拆散了“黎明号”和灶神星,它就开始不愿和人们交流。在离子推进器坏了之后,高增益天线就没怎么对准过地球,仅依靠低增益天线来维持只言片语的联系。

  2014年12月1日,黎明号拍到了谷神星的第一张照片,不过直到2015年1月29日,黎明号才拍到了比哈勃太空望远镜更清晰的图像。

  而由于黎明号已经陆续坏了两个动量轮,都不怎么正眼“看”谷神星了。地球上的工程师们自然很着急,他们重启了黎明号的计算机,增加肼推进器调整探测器姿态的作用,这才逐渐把黎明号的哄好了一点。

  2015年3月6日,黎明号在61000km远的地方被谷神星俘获,这是人类借助探测器第一次造访一颗矮行星。仅三个月后,“新视野号”就实现了第二次——飞掠冥王星。

  接下来,“黎明号”也像一步一步走近灶神星那样,一步一步环绕着贴近谷神星,从13 500km,到4 430km,到1 480km的高程地图测绘高度,以及最近的375km低程地图测绘高度,这个高度要低于谷神星的半径。

  有人说,让黎明号去2号小行星智神星如何?不了,智神星的轨道倾角太大,路不好走,黎明号“腿脚”不太方便;

  又有人说,去145号小行星导神星如何?根据计算,到导神星的时间要到2019年5月,科学价值可能也不太高。

  到了2017年的6月30日,黎明号返聘期满一周年了,这时的黎明号收到了返聘的续约,继续发挥余热。

  2018年6月29日,地面工作人员遥控关闭了黎明号的离子推进器,这一次,是永远的关闭了。从2007年10月6日离子推进器启动,已经接近11个年头,其中离子推进器一共运行了5.87年。

  然而,在“手脚”已经停工之后,黎明号继续用“眼睛”来观测谷神星,用“嘴”和“耳朵”和地球联络,继续坚持对谷神星长期信息的收集。

  为了保护黎明号和谷神星,工程师们为其设计了最终的轨道,确保至少在未来20年内,黎明号不会撞向谷神星。

(责任编辑:admin)

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