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第26章 “自由行”的探测器(2)

“旅行者2”号还在日光直射的一极检测到了一些高层次的雾,并发现这些雾帮助散播大量的紫外光,科学家把这个现象称为“日辉”,其平均温度是60开(-350°F)。令人惊讶的是,即使是被照射的一极和黑暗的一极,在整颗行星上的云顶气温几乎一致。

1989年8月25日,“旅行者2”号接近海王星。由于这是“旅行者2”号最后一颗能够造访的行星,所以科学家们便决定将它的航道调校至靠近一点海卫1,从而不再理会飞行轨迹,就像“旅行者1”号完成造访土星后不理飞行轨迹靠近一点土卫6进行研究一样。

此次,“旅行者2”号意外发现了海王星的大暗斑,但是后来哈勃空间望远镜在1994年再次观测时暗斑却消失了。最初被认为是一片大的云,但后来却被认为是云层上一个空洞。

“旅行者2”号造访海王星后,冥王星是当时唯一一个仍然未被任何从地球飞去的太空船造访过的行星。但后来在国际天文学会重新定义行星后,冥王星被降级为一颗矮行星。因此,“旅行者2”号在1989年的掠过,使太阳系中所有行星都至少被人造太空船探访过一次。

此外,“旅行者2”号还飞向海卫1进行了考察,发现海卫1确是太阳系中唯一一颗沿行星自转方向逆行的大卫星,也是太阳系中最冷的天体,但要比科学家们原来想象中的更亮、更冷和更小,表面温度为-240℃,部分地区被水冰和雪覆盖,时常下雪。上面有3座冰火山,曾喷出过冰冻的甲烷或氮冰微粒,喷射高度有时达32千米。科学家们分析后指出,海卫1上很可能存在液氮海洋和冰湖、断层、高山、峡谷和冰川。这就表明海卫1上可能发生过类似的地震。海卫1上有一层由氮气组成的稀薄大气层,它的极冠由冻结的氮形成一个耀眼的白色世界。

在2006年9月5日,“旅行者2”号正处于距离太阳805个天文单位(大约相等于12太米)左右,深入于黄道离散天体之中,并正以每年33个天文单位的速度前进。这个距离是太阳与冥王星之间距离的2倍,并比塞德娜的近日点较远,但仍未超越厄里斯的轨道最远处。

科学家们最后指出,“旅行者2”号将会继续传送信号直至2020年为止。

“旅行者2”号是怎样一艘探测飞船

“旅行者2”号是美国在1977年8月20日发射的行星探测飞船,相继就近探测了木星、土星、天王星和海王星以及这些行星的主要卫星,在美、苏发射的众多行星探测飞船中,它是访问天体最多的星际探测飞船,确实是表现突出,功绩卓著,为人类了解太阳系作出了巨大贡献!

“旅行者2”号探测飞船起飞重量为820千克,由65000个零件组成,主体是16面体,中央有一个储存推进剂的球形燃料箱。主体四周安装各类无线电设备。主体上方有一个直径为37米的抛物面天线,它是飞船在深空中与地球保持通信联络和传递信息的主要工具。

飞船共携带12件科学仪器,根据它们的用途可分为3类:第一类是摄像设备,包括电视摄像机、红外光和紫外光的光谱计以及偏光计;第二类是宇宙空间环境探测设备,其中包括宇宙射线探测器、宇宙粒子探测器和磁场计;第三类是行星射电天文接收机和鞭状天线,主要用来进行射电研究,以便了解行星及其卫星的大气层和电离层特性。

飞船主体右下方还悬挂三节同位素核电源,其所以有必要,是当“旅行者2”号进入深空探测土星以及土星以外的太阳外层行星时,太阳光极其微弱,只有地球上太阳光的1%或更低,已经没有可能用太阳能电池。同位素核电源的寿命很长,可使用几十年。

迄今发射的所有深空探测飞船中,“旅行者2”号是最新的一种型号。飞船上装备计算机指挥系统、飞行数据处理系统和飞船姿态控制系统等3套全自动控制系统,不用地面无线电遥控,能完全独立自主地完成对各外行星的探测任务。为什么不用地面遥控?因为外层行星都十分遥远,无线电遥控指令从地球到行星近旁的飞船,行程要花费数小时,遥控指令难以按时进行。

处在遥远深空的探测飞船是如何将探测到的行星信息送回地球的?飞行数据处理系统将探测到的各种行星数据,包括由电视摄像机系统拍摄的行星图像,进行综合处理后,经发射机通过37米的抛物面天线用无线电波发往地球。带着行星信息的无线电波以每秒30万千米的速度穿越浩瀚的宇宙深空,奔向地球。如果飞船此时处在天王星附近,无线电波要经历2小时45分钟才能到达地球;如果飞船处在海王星附近,则无线电波要经历4小时10分钟方能抵达地球,而且电波已十分微弱。为了能接收这种微弱电波,地面深空通信网应具有非常高的灵敏度,通常需要有两座直径为64米的最大而又最灵敏的大型抛物面天线的深空接收站联网接收信息,把听力提高1倍。由于太阳系外层行星遥远,它们的角度都很小,例如天王星的角度为41弧秒,海王星为21弧秒,天线波束指向应十分精确地对准它们。深空接收站将收到的信息直接送入计算机中进行处理,如果是行星的图像,经处理后便恢复成原来模样。

深空探测是一项极其复杂而艰巨的工作,其特点是耗资大、周期长。虽然如此,由于航天电子学、自动控制和智能技术的高度发展,又由于计算机信息处理,特别是图像处理技术的完备功能以及深空通信的卓越效能,使得人类有可能利用像“旅行者2”号这样的探测飞船飞临遥远的太阳系的行星身旁就近考察,进行电视摄像和各种科学探测,犹如科学家们身临其境,从而把几千年以来从目测到地面观测宇宙的眼界大大地扩展了,使得科学家们有可能去探索生命的起源,太阳的起源和演变过程;去观测行星及其卫星的地质结构、表面形状、周围环境、生命存在的可能性等秘密。

深空探测的成功和收获,证明当今航天科技、空间科学的飞跃式发展,为人类征服自然,探索深空空间开创了广阔道路。无限的宇宙空间正等待着我们这一代青年去探索,去开发。

“起源”号太阳探测器

2001年8月8日,重达1400磅的宇宙飞船“起源”号太阳探测器从佛罗里达州卡纳维拉尔角搭载德尔塔火箭升空,开始为期3年行程3200万千米的往返太空之旅。经过3个月的航行,该探测器首先到达离地球数百英里的服务站。

在那“起源”号太阳探测器示意图

儿“起源”号将会用2年的时间来跟踪行星及太阳系内的残余物。它们最初形成于46亿年前而后形成太阳、行星、月球等等。

“起源”号原本定于2001年7月30日发射,但因为与探测器上一对电力转换器相同的设备在法国未能通过防辐射检测,负责制造“起源”号的洛克希德—马丁公司便在随后的2天中检测另外5个相同设备,最后确认“起源”号上的电力转换器能够在3年的飞行中抵挡太阳耀斑等辐射。但此后天气状况一直不佳,致使发射被一再推迟。

事实上,“起源”号是个全球定位环境和地球科学信息系统,它将旅行160万千米,到达离太阳148亿千米的地方,然后绕太阳运行25年,采集被太阳风甩出的原子等微观粒子,以备为科学家提供太阳系起源的线索。

美国宇航局的科学家们还希望能用“起源”号收集到没有被污染的数据以便对太阳和太阳系内其他星云及行星与其他太阳系进行准确的对比。我们不想看到任何被地球及地球环境所玷污了的东西。

如果一切依计划进行,那么“起源”号将在2004年初丢弃其样本存储太空舱,并于2004年9月重返大气层。随着引力增大,它离地面越来越近,然后降落伞会被打开,它将缓慢降下并被直升飞机伸出的钩子拖住悬在空中。这项复杂的救助行动是为了避免样本受到土地的影响。

但遗憾的是,在2004年9月8日这个追逐太阳风3年,行程达3200万千米的返回舱由于降落伞未打开,以时速311千米的速度一头栽进了沙漠中,剧烈的碰撞使返回舱摔成了碎片,估计里面的精密仪器也难以幸存。

有趣的是,承担这次“拦截”起源号标本行动的驾驶员包括1名前军方飞行员、1名现役空军试飞员和2名好莱坞职业特技飞行员——丹·德鲁特和克里夫。这2名好莱坞特技演员曾在《蝙蝠侠》等大片中做过空中特技,在接到邀请后,2位特技明星既兴奋又紧张,虽然驾驶直升机在半空中钩物对他们来说并不陌生,但这毕竟是一次最真实的特技实践,只能成功不能失败。

特技飞行员使用的直升机下端安装了一个约6米长的吊杆,吊杆的最下端是一个巨大的铁钩,而吊杆的另一端则是直升机中的一个大型缆绳绞盘。当直升机飞到带着降落伞的返回舱附近时,铁钩将迅速而牢固地钩住降落伞及其绳索,然后连接在铁钩吊杆上的缆绳绞盘将快速转动,让绳子随着太空舱的下降而被拉出,起到减速作用。最后直升机将带着返回舱以最慢的速度抵达地面。

为了确保成功,美国宇航局让2架直升机在犹他州实验和训练区进行了17次空中演练,每次演练,直升机飞行员在空中都成功截住了返回舱的模拟试验品。没想到最终因为真的返回舱降落伞没打开而前功尽弃。

美国宇航局计划成立一个事故委员会调查“起源”号返回失败的原因。初步分析发现,由于电池失效,用来启动返回舱降落伞的火工品没有按正常程序起爆。这个返回舱是美国洛克希德—马丁公司设计制造的。该公司的一名工程师认为,2001年返回舱发射升空后不久就发现有一块电池变得过热,这可能是此次事故发生的原因。

磁强计

磁强计是矢量型磁敏感器,用于测定地磁场的大小与方向,即测定航天器所在处地磁场强度矢量在本体系中的分量。是测量磁感应强度的仪器,根据小磁针在磁场作用下能产生偏转或振动的原理制成。而从电磁感应定律可以推出,对于给定的电阻R的闭合回路来说,只要测出流过此回路的电荷q,就可以知道此回路内磁通量的变化。这也就是磁强计的设计原理,其用途之一是用来探测地磁场的变化。

首个双行星探测器“水手10”号

“水手10”号是人类设计的首个执行双行星探测任务的飞行器,与此同时,也是第一个装备图像系“水手10”号探测器

统的探测器,它的设计目标是飞越水星和金星两大行星。

1973年11月3日,它在美国发射升空。资料表明,“水手10”号重503千克,该探测器装备有紫外线分光仪、磁力计、粒子计数器、电视摄像机等仪器。

1974年2月5日,“水手10”号从距金星5760千米的地方飞过,拍摄了几千张金星云层的照片。然后它继续朝水星前进。

1974年3月29日,“水手10”号从离水星表面700千米(435英里)的地方通过,然后进入了周期为176天的公转轨道,并开始环绕太阳运行,而其周期正好是2个水星年,这使它每次回到水星时都是在以前的同一地点,因为“水手10”号每绕太阳1圈,水星正好绕2圈。

1974年9月21日,“水手10”号第二次经过水星;1975年3月6日,它第三次从水星上空330千米(203英里)处经过。此时,“水手10”号耗尽了使它保持稳定位置的气体,因此无法再对这颗行星作进一步研究了。不过这3次近距离观测已拍摄到了超过1万张图片,涵盖了水星表面积的57%。

作为“水手10”号的一个重大发现是,在飞掠金星时,该探测器在金星上发现云系循环的证据与非常微弱的磁场。

数据资料显示,“水手10”号总共飞掠过水星3次,由于轨道的相对位置(太空船的轨道周期几乎是水星的2倍),使得每次探测的都是面对着水星的同面,所以只探测到水星表面约40%~45%的地区。尽管如此,“水手10”号所传回的资料仍然非常重要的,也是迄今天文学家了解水星的主要来源,因为现在无法用望远镜直接观测水星的表面。

除此之外,“水手10”号还发现水星拥有稀薄的大气层,主要是由氦所组成,另外也发现水星拥有磁场与巨大的铁质核心。辐射计显示水星的夜晚气温大约是-183℃(-297°F),而白天温度可达187℃(369°F)。

“尤利西斯”号太阳探测器

1990年10月6日,美国“发现”号航天飞机将“尤利西斯”号太阳探测器送入太空,把对太阳的探测活动推向一个新的阶段。

“发现”号航天飞机示意图该探测器重385千克,靠钚核反应堆提供工作能量,共装有9台科学仪器,其任务主要是探测太阳两极及其巨大的磁场、宇宙射线、宇宙尘埃、γ射线、X射线、太阳风等。

1994年8月,该探测器飞抵太阳南极区域并绕太阳运转,在横跨太阳赤道后到达太阳北极。它绕太阳飞行的轨道呈圆形,离太阳最远时为8亿千米,最近时为193亿千米。“尤利西斯”号绕太阳飞行时,可以对太阳表面一览无余,能够全方位地观测太阳。迄今为止,人类对太阳的探测仅局限在太阳赤道附近区域,对太阳的其他区域特别是两极的情况了解得很少。因此,“尤利西斯”号的探测成果将具有重大价值。科学家称“尤利西斯”号的飞行探测是20世纪末一次重要的宇航活动。

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